DE102011002688A1

DE102011002688A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102011002688A1
Application number: DE201110002688
Authority: DE
Inventors: Eberhard Maier
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Zylinderkopf (10) aufweist, in welchem zumindest teilweise ein Pumpenkolben (9) angeordnet ist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle (3) mittelbar in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse (4) der Antriebswelle (3) angetrieben wird, wobei der zumindest eine Zylinderkopf (10) mit einem Kraftstoffzulauf (15) zum Zuführen von Kraftstoff in die Hochdruckpumpe (1) und einem ersten Kraftstoffabgang (17) zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe (1) mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist, wobei der zumindest eine Zylinderkopf (10) mit einem zweiten Kraftstoffabgang (38) zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe (1) mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zum Beaufschlagen des Kraftstoffs in einem Kraftstoffeinspritzsystem, wie beispielsweise in einem Common Rail System, werden beispielsweise Radialkolbenpumpen mit einem oder mehreren Pumpenkolben eingesetzt, welche von einer Antriebswelle mittelbar beispielsweise über einen Nocken oder einen Exzenter in eine Hubbewegung versetzt werden, um einen Saughub, während welchem Kraftstoff in einen Pumpenarbeitsraum der Hochdruckpumpe eingesaugt wird, und einen Druckhub auszuführen, in welchem der angesaugte Kraftstoff komprimiert wird und an den Hochdruckspeicher des Common Rail Systems ausgegeben wird.
Eine derartige Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Common Rail Einspritzsystemen ist z. B. aus DE 102 21 305 A1 bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist mehrere bezüglich einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle radial angeordnete Pumpenelemente auf, die von der Antriebswelle betätigt werden und je eine Saugseite und eine Hochdruckseite aufweisen. Die Pumpenelemente sind darüber hinaus mit Hochdruckkanälen im Pumpengehäuse verbunden, die jeweils die Hochdruckseite eines Pumpenelements mit einem Hochdruckanschluss verbinden.
Die im Stand der Technik bekannten Hochdruckpumpen können darüber hinaus dabei derartig ausgebildet sein, dass sie ein Aluminiumgehäuse, das nur mit Niederdruck beaufschlagt wird, und ein oder zwei hochdruckfeste Zylinderköpfe aus Stahl mit einem integrierten Hochdruckventil und Hochdruckanschluss bzw. Kraftstoffabgang zum Hochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems aufweisen. Beispielsweise sind durch die aus dem Stand der Technik bekannten Konfigurationen, die einen Zylinderkopf bzw. einen Kraftstoffabgang zum Hochdruckspeicher aufweisen, drei mögliche Abgangsrichtungen, jeweils um 90° versetzt und auf 270° ohne veränderte Schraubenschnittstelle, realisierbar. Bei Konfigurationen, die zwei Zylinderköpfe bzw. zwei Kraftstoffabgänge aufweisen, sind für jeden der zwei Kraftstoffabgänge drei Abgangsrichtungen, jeweils um 90° versetzt und auf 270° ohne veränderte Schraubenschnittstelle realisierbar. Hierdurch sind jedoch zwangsläufig zwei Verbindungsleitungen zum Hochdruckspeicher sowie bei V6- und V8-Motoren eine Ausgleichsleitung zwischen den Hochdruckspeichern notwendig.
Daher ist es wünschenswert, eine Hochdruckpumpe zu schaffen, bei welcher die zweite Zuführ- bzw. Verbindungsleitung zum Hochdruckspeicher sowie die Ausgleichsleitung entfallen können.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche zumindest einen Zylinderkopf aufweist, in welchem zumindest teilweise ein Pumpenkolben angeordnet ist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle mittelbar in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse der Antriebswelle angetrieben wird, wobei der zumindest eine Zylinderkopf mit einem Kraftstoffzulauf zum Zuführen von Kraftstoff in die Hochdruckpumpe und einem ersten Kraftstoffabgang zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist, wobei der zumindest eine Zylinderkopf einen zweiten Kraftstoffabgang zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration wird der Entfall einer Zuführ- bzw. Verbindungsleitung zum Hochdruckspeicher sowie der Ausgleichsleitung bei V6/V8-Motoren zwischen den Hochdruckspeichern ermöglicht, was wiederum den Vorteil mit sich bringt, dass insgesamt weniger Hochdruckdichtstellen vorhanden sind. Die erfindungsgemäße Konfiguration, bei welcher ein zweiter Kraftstoffabgang in dem Zylinderkopf vorgesehen wird, ermöglicht zusätzlich drei weitere mögliche Hochdruckabgangsmöglichkeiten zu den bereits drei Bestehenden. Hierdurch kann der Anbau der Hochdruckpumpe im Motorraum eines Kraftfahrzeugs vereinfacht werden bzw. es kann besser auf kritische Anbaulagen eingegangen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Kraftstoffabgang in dem Zylinderkopf im Wesentlichen senkrecht zu einem in dem Zylinderkopf ausgebildeten Pumpenarbeitsraum, in welchem der Pumpenkolben zumindest teilweise angeordnet ist, angeordnet, ragt insbesondere radial von dem Pumpenarbeitsraum ab.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Kraftstoffabgang im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Kraftstoffabgang in dem Zylinderkopf angeordnet. Insbesondere ist der zweite Kraftstoffabgang als radial versetzter axialer Kraftstoffabgang ausgebildet, der drei neue zusätzlich mögliche Abgänge zum Hochdruckspeicher realisieren kann.
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem ersten Kraftstoffabgang ein Rückschlagventil angeordnet.
Vorzugsweise weist das Rückschlagventil eine Kalotte, eine Druckfeder und einen Federhalter auf.
Darüber hinaus ist es besonders bevorzugt, wenn der zweite Kraftstoffabgang zwischen Federhalter und der Kalotte des Rückschlagventils in dem ersten Kraftstoffabgang angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn nach Bearbeitung und Montage von Kalotte und Federhalter zwischen den Bauteilen immer ein ausreichender Spalt vorhanden ist, um verdichteten Kraftstoff, insbesondere verdichteten Diesel, drosselfrei passieren zu lassen
Vorzugsweise ist der erste Kraftstoffabgang verlängert ausgebildet. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Drosselwirkung in dem ersten Kraftstoffabgang vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kalotte an ihrem einem in dem ersten Kraftstoffabgang ausgebildeten Dichtsitz abgewandten Ende mit einem Schlitz versehen. Auch hierdurch wird effektiv eine Drosselwirkung in dem ersten Kraftstoffabgang vermieden.
Vorzugsweise ist die Hochdruckpumpe als Radialkolbenpumpe ausgebildet.
Gemäß noch einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe zwei Zylinderköpfe auf, in welchen jeweilig zumindest teilweise ein Pumpenkolben angeordnet ist, wobei zumindest einer der zwei Zylinderköpfe sowohl einen ersten Kraftstoffabgang als auch einen zweiten Kraftstoffabgang aufweist. Wenn beide Zylinderköpfe jeweils mit einem ersten und einem zweiten Kraftstoffabgang ausgebildet sind, kann der Kraftstoff entweder vom zweiten Zylinderkopf in den ersten Zylinderkopf durch den zweiten Kraftstoffabgang einfließen und zusammen durch den ersten Kraftstoffabgang vom ersten Zylinderkopf zum Hochdruckspeicher fließen oder umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Schnitt durch einen Zylinderkopf einer Hochdruckpumpe gemäß dem Stand der Technik;
3 eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfs gemäß einer Ausführungsform; und
4 einen Schnitt durch den in 3 dargestellten Zylinderkopf.
Ausführungsformen der Erfindung
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 mit einem Grundkörper 5 aus Aluminium, der nur mit Niederdruck beaufschlagt wird, und einem hochdruckfesten Zylinderkopf 10 aus Stahl auf. In dem Grundkörper 5 ist eine durch die Brennkraftmaschine rotierend angetriebene Antriebswelle 3 angeordnet. 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 Lagerstelle in einem mit dem Grundkörper 5 verbundenen Flanschteil 6 bzw. Anbauflansch angeordnet sein.
In einem zwischen den Lagerstellen liegenden Bereich weist die Antriebswelle 3 einen Nocken 7 auf. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein im Gehäuse 2 angeordnetes Pumpenelement 8 mit 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. Bei Drehung des Nockens 7 wird der Pumpenkolben 9 in eine Hin- und Her- bzw. Aufwärts- und Abwärts-Bewegung versetzt. Hierdurch ergibt sich eine zyklische Veränderung des Volumens eines von dem Pumpenkolben 9 begrenzten Pumpenarbeitsraums 14.
Der Pumpenkolben 9 ist zumindest teilweise in dem Zylinderkopf 10 angeordnet. Der Zylinderkopf 10 weist einen an einer Außenseite des Grundkörpers 5 anliegendes flanschartiges Teil 11 und einen durch eine Öffnung im Grundkörper 5 zur Antriebswelle 3 hin durchragenden, zumindest annähernd zylinderförmigen Schaftabschnitt 12 mit gegenüber dem flanschartigen Teil 11 kleinerem Durchmesser auf. Der Pumpenkolben 9 ist in einer im zylinderförmigen Schaftabschnitt 12 ausgebildeten Zylinderbohrung 13 im Zylinderkopf 10 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Antriebswelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 13 den Pumpenarbeitsraum 14. Der Pumpenarbeitsraum 14 weist über einen im Pumpengehäuse 2 verlaufenden Kraftstoffzulauf 15 eine Verbindung mit einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) auf, aus welchem beispielsweise mittels einer Förderpumpe (nicht dargestellt) Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 1 gefördert wird. 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 ersten Kraftstoffabgang 17 eine Verbindung zu einem Hochdruckspeicher 18 auf. Mit dem Hochdruckspeicher 18 sind ein oder mehrere Injektoren 19 verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. An der Mündung des ersten Kraftstoffabgangs 17 in den Pumpenarbeitsraum 14 ist ein aus dem Pumpenarbeitsraum 14 öffnendes Auslassventil 20 angeordnet.
Zwischen dem Pumpenkolben 9 und dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 ist ein Stößelkörper 21 angeordnet, über den sich der Pumpenkolben 9 zumindest mittelbar am Nocken 7 der Antriebswelle 3 abstützt. Der Stößelkörper 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 Stößelkörpers 21 ist somit zumindest im Wesentlichen identisch mit der Längsachse 23 des Pumpenkolbens 9. Im Stößelkörper 21 ist in dessen der Antriebswelle 3 zugewandtem Endbereich ein Rollenschuh 24 eingesetzt, in dem eine Laufrolle 25 drehbar gelagert ist, die auf dem Nocken 7 der Antriebswelle 3 abrollt. Die Drehachse 26 der Laufrolle 25 ist zumindest annähernd parallel zur Drehachse 4 der Antriebswelle 3. Der Rollenschuh 24 weist auf seiner der Antriebswelle 3 zugewandten Seite eine Vertiefung 27 auf, in der die Laufrolle 25 drehbar gelagert ist.
Am Stößelkörper 21 oder am Pumpenkolben 9 greift eine vorgespannte Feder 28, welche als Rückstellfeder ausgebildet ist, an, die sich am Zylinderkopf 10 abstützt. Durch die Feder 28 werden der Pumpenkolben 9 und der Stößelkörper 21 zum Nocken 7 der Antriebswelle 3 hin beaufschlagt, so dass die Anlage der Laurolle 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 Stößelkörper 21 gekoppelt sein, zumindest in Richtung von dessen Längsachse 23. Alternativ kann der Pumpenkolben 9 auch nicht mit dem Stößelkörper 21 verbunden sein, wobei dann durch die Rückstellfeder 28 die Anlage des Pumpenkolbens 9 am Stößelkörper 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 Stößelkörper 21 von dessen Mantel nach innen ragenden Flansch gehalten wird, der wiederum in Anlage an dem Rollenschuh 24 gehalten wird, so dass der gesamte Verbund aus Pumpenkolben 9, Stößelkörper 21 und Rollenschuh 24 mit Laufrolle 25 zum Nocken 7 der Antriebswelle 3 hin beaufschlagt ist.
2 zeigt einen Schnitt durch einen Zylinderkopf 10 einer Hochdruckpumpe 1 gemäß dem Stand der Technik. Der Zylinderkopf 10 ist im Wesentlichen aus dem flanschartigen Teil 11 und dem zylinderförmigen Schaftabschnitt 12, in welchem der Pumpenkolben 9 zumindest teilweise angeordnet ist, aufgebaut. In dem flanschartigen Teil 11 ist ein Kraftstoffzulauf 15, über welchen der Hochdruckpumpe 1 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zugleitet wird, und ein erster Kraftstoffabgang 17 ausgebildet, über welche der in der Hochdruckpumpe 1 mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff einem Hochdruckspeicher zugeführt wird. In einem an dem flanschartigen Teil 11 ausgebildeten ersten domartigen Teil 30 ist ein Verschluss 31 angeordnet, der mit Hilfe des Dichtrings 32 den Zylinderkopf 10 dicht verschließt. An dem Kraftstoffzulauf 15 und zumindest teilweise in dem Verschluss 31 ist ein Einlassventil 16 angeordnet. Darüber hinaus ist in dem Kraftstoffabgang 17 ein Auslassventil 20 vorgesehen, welches als Rückschlagventil 33 mit einer Kalotte 34, einer Druckfeder 35 und einem Federhalter 36 ausgebildet ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkopfs 10 gemäß einer Ausführungsform. Wie hier erkennbar ist, weist ist der Zylinderkopf 10 ebenfalls im Wesentlichen aus einem flanschartigen Teil 11 und einem zylinderförmigen Schaftabschnitt 12 aufgebaut. Radial von dem flanschartigen Teil 11 abragend ist der erste Krafftstoffabgang 17 erkennbar. An dem ersten domartigen Teil 30 ist ebenfalls ein Verschluss 31 vorgesehen. Im Gegensatz zu der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der druckfeste und aus Stahl hergestellte Zylinderkopf 10 jedoch mit einem zweiten domartigen Teil 37 ausgebildet, welcher parallel zu dem ersten domartigen Teil 30 jedoch radial zu diesem in Richtung zu dem ersten Kraftstoffabgang 17 versetzt angeordnet ist.
4 zeigt einen Schnitt durch den in 3 dargestellten Zylinderkopf 10. Wie in der Figur erkennbar ist, ist in dem zweiten domartigen Teil 30 ein zweiter Kraftstoffabgang 38 vorgesehen, welcher exakt zwischen dem Federhalter 36 und der Kalotte 34 angeordnet ist. Nach Bearbeitung und Montage der Kalotte 34 und des Federhalter 36 ist zwischen den Bauteilen ein ausreichender Spalt vorhanden, um verdichteten Kraftstoff drosselfrei passieren zu lassen. Der radial versetzte axiale zweite Kraftstoffabgang 38 realisiert drei weitere mögliche Kraftstoffabgangsmöglichkeiten zu den bereits drei bestehenden des ersten Kraftstoffabgangs 17.
Die Hochdruckpumpe 1, bei welcher der oben beschriebene zweite Kraftstoffabgang 38 vorgesehen ist, ermöglicht den Entfall von zusätzlichen Verbindungsleitungen zu dem Hochdruckspeicher und einer Ausgleichsleitung zwischen den Hochdruckspeichern bei V6/V8-Motoren. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Konfiguration einen vereinfachten Anbau der Hochdruckpumpe 1 und kann dabei auch kritischen Anbaulagen gerecht werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10221305 A1 [0003]

Claims

Hochdruckpumpe (1) für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche zumindest einen Zylinderkopf (10) aufweist, in welchem zumindest teilweise ein Pumpenkolben (9) angeordnet ist, welcher durch die Drehung einer Antriebswelle (3) mittelbar in einer Hubbewegung in im Wesentlichen radialer Richtung zu einer Drehachse (4) der Antriebswelle (3) angetrieben wird, wobei der zumindest eine Zylinderkopf (10) mit einem Kraftstoffzulauf (15) zum Zuführen von Kraftstoff in die Hochdruckpumpe (1) und einem ersten Kraftstoffabgang (17) zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe (1) mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Zylinderkopf (10) mit einem zweiten Kraftstoffabgang (38) zum Ausgeben des in der Hochdruckpumpe (1) mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoffs aufweist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kraftstoffabgang (17) in dem zumindest einen Zylinderkopf (10) im Wesentlichen senkrecht zu einem in dem zumindest einen Zylinderkopf (10) ausgebildeten Pumpenarbeitsraum (14), in welchem der Pumpenkolben (9) zumindest teilweise angeordnet ist, angeordnet ist, insbesondere radial von dem Pumpenarbeitsraum (14) abragt.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoffabgang (38) im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Kraftstoffabgang (17) in dem zumindest einen Zylinderkopf (10) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Kraftstoffabgang (17) ein Rückschlagventil (33) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (33) eine Kalotte (34), eine Druckfeder (35) und einen Federhalter (36) aufweist.
Hochdruckpumpe (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftstoffabgang (38) zwischen dem Federhalter (36) und der Kalotte (34) des Rückschlagventils (33) in dem ersten Kraftstoffabgang (17) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kraftstoffabgang (17) verlängert ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalotte (34) an ihrem einem in dem ersten Kraftstoffabgang (17) ausgebildeten Dichtsitz abgewandten Ende mit einem Schlitz versehen ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist.
Hochdruckpumpe (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) zwei Zylinderköpfe (10) aufweist, in welchen jeweilig zumindest teilweise ein Pumpenkolben (9) angeordnet ist, wobei zumindest einer der zwei Zylinderköpfe (10) sowohl einen ersten Kraftstoffabgang (17) als auch einen zweiten Kraftstoffabgang (38) aufweist.