DE10322598A1

DE10322598A1 - Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE10322598A1
Application number: DE2003122598
Authority: DE
Inventors: Heinz Siegel; Oliver Albrecht; Andreas Utler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-12-09

Abstract

Eine Kolbenpumpe (16), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe, umfasst mindestens einen axial beweglichen Kolben (36) sowie eine Zylinderbuchse (34), in der der Kolben (36) wenigstens bereichsweise aufgenommen ist. DOLLAR A Ferner ist eine ringförmige Dichteinrichtung (74) vorgesehen, welche an einer Mantelfläche des Kolbens (36) anliegt und einen Fluidbereich (38) von einem Schmiermittelbereich (44) trennt. Eine Halteeinrichtung (79) trägt die Dichteinrichtung (74). Es wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung (79) durch die Zylinderbuchse (34) wenigstens bereichsweise radial zentriert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit mindestens einem axial beweglichen Kolben, mit einer Zylinderbuchse, in der der Kolben wenigstens bereichsweise aufgenommen ist, mit einer ringförmigen Dichteinrichtung, welche an einer Mantelfläche des Kolbens anliegt und einen Fluidbereich von einem Schmiermittelbereich trennt, und mit einer Halteeinrichtung für die Dichteinrichtung.

Eine solche Kolbenpumpe ist aus der EP 1 162 365 A1 bekannt. Bei dieser handelt es sich um eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe einer Brennkraftmaschine. Ein Kolben ist in einem Gehäuse hin- und herbeweglich geführt. Die für den Antrieb des Kolbens erforderlichen Elemente werden von einem Schmiermittel geschmiert. Um eine Durchmischung des geförderten Kraftstoffes von dem Schmiermittel zu verhindern, ist bei der bekannten Kraftstoffpumpe eine Kolbendichtung vorgesehen, welche ringförmig ausgebildet ist und an der Mantelfläche des Kolbens anliegt. Gehalten wird die Kolbendichtung von einer Haltehülse, die koaxial zum Kolben angeordnet und mit einem Ende an einem Pumpengehäuse festgelegt ist. Das andere Ende ist nach radial innen zum Kolben hin gebogen. Auf den Rand dieses Abschnitts ist die Kolbendichtung aufgesteckt. Die Kolbendichtung weist dabei zwei Dichtabschnitte auf, einen für die Abdichtung zum Kraftstoff hin, und einen für die Abdichtung zum Schmiermittel hin.

Nachteilig bei der bekannten Kolbenpumpe ist jedoch, dass die Dichtwirkung der Dichteinrichtung mit der Zeit nachlässt, was den Wirkungsgrad der Kolbenpumpe reduziert.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Kolbenpumpe der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie einen möglichst hohen Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Kolbenpumpe der eingangs genannten Art dadurch gelöst, die Halteeinrichtung durch die Zylinderbuchse wenigstens bereichsweise radial zentriert wird.

Vorteile der Erfindung

Bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe werden laterale Schwingungen der Dichteinrichtung reduziert oder ganz unterbunden, was die Dichtwirkung erhöht und die Lebensdauer der Dichteinrichtung verbessert. Durch die Zentrierung wird ferner eine gleichmäßige Anlage der Dichteinrichtung an der Mantelfläche des Kolbens gewährleistet, was zu einer gleichmäßigen Abnutzung der Dichteinrichtung führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Zunächst wird vorgeschlagen, dass die Halteeinrichtung und/oder die Zylinderbuchse auf ihrer äußeren Mantelfläche eine axial oder eine wendelförmig verlaufende Nut aufweisen bzw. aufweist, welche einen Bereich, in dem die Dichteinrichtung wenigstens bereichsweise aufgenommen ist, mit einem Niederdruckbereich verbindet. Auf diese Weise kann Leckagefluid, welches durch einen zwischen der Zylinderbuchse und dem Kolben vorhandenen Spalt hindurchtritt, abgeleitet werden. Dies reduziert die Druckbeaufschlagung der Dichteinrichtung, was wiederum deren Lebensdauer verlängert.

Ferner ist möglich, dass die Halteeinrichtung ein wenigstens bereichsweise im Querschnitt polygonförmiges Hülsenelement umfasst, wobei die Mitten der Polygonabschnitte an der Zylinderbuchse anliegen. Die Längsnut im Hülsenelement kann insbesondere dann, wenn es sich bei diesem um ein dünnwandiges Blechformteil handelt, sehr leicht eingeprägt werden. Die wendelförmige Nut auf der Mantelfläche der Zylinderbuchse hat wiederum den Vorteil, dass die Zentrierung des Hülsenelements durch die Zylinderbuchse nicht beeinträchtigt wird.

Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass das Hülsenelement wenigstens bereichsweise im Querschnitt polygonartig ausgebildet ist, wobei die Mitten der Polygonabschnitte an der Zylinderbuchse anliegen. Ein solches Hülsenelement ist preisgünstig herstellbar.

In weiterer Fortbildung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ist auch vorgesehen, dass eine Kolbenfeder durch die Halteeinrichtung zentriert wird. Dies ermöglicht eine noch optimalere Auslegung der Kolbenfeder.

Eine weitere Ausgestaltung der Kolbenpumpe sieht vor, dass die Halteeinrichtung ein Hülsenelement mit einem Halteabschnitt und mindestens einem Kappenabschnitt umfasst, wobei zwischen dem Halteabschnitt und dem Kappenabschnitt mindestens ein Bereich der Dichteinrichtung aufgenommen ist.

Bei einer solchen Kolbenpumpe ist eine Art Ringkammer vorhanden, in der zumindest ein Bereich der Kolbendichtung aufgenommen ist. Durch diese Art Ringkammer wird die Kolbendichtung sehr exakt positioniert, was der Dichtwirkung zugute kommt. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung einer solchen Ringkammer die Verwendung von Dichtmaterialien und Dichtungsgeometrien, die zum einen für eine gute Dichtwirkung sorgen und zum anderen eine hohe Lebensdauer aufweisen. Der Kraftstoffeintrag in das Schmiermittel wird durch diese Maßnahmen reduziert, was den Wirkungsgrad der Kolbenpumpe erhöht und ihre Lebensdauer verlängert.

In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die Dichteinrichtung zwei separate Dichtelemente umfasst, wobei ein erstes Dichtelement zwischen Halteabschnitt des Hülsenelements und einer Zylinderbuchse und ein zweites Dichtelement zwischen Halteabschnitt und dem Kappenabschnitt angeordnet ist. Bei dieser Weiterbildung sind also zwei "Ringkammern" (diese können aber auch nach außen offen sein, etc.) vorhanden, die zueinander unmittelbar benachbart sind, in denen jedoch voneinander separate Dichtungen angeordnet werden können. Somit kann für die Abdichtung zum Kraftstoff hin eine andere Dichtung mit anderer Geometrie und/oder aus einem andern Material als für die Abdichtung zum Schmiermittel hin verwendet werden. Dies verbessert nochmals die Dichtwirkung.

Die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe können dann niedrig gehalten werden, wenn der Kappenabschnitt als separates Teil auf das Hülsenelement aufgepresst ist.

In die gleiche Richtung zielt jene Weiterbildung, bei welcher die Halteeinrichtung als dünnwandiges Blechformteil, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt ist. Darüber hinaus kann eine solche Kolbenpumpe vergleichsweise kleine Abmessungen aufweisen, was deren Integration beispielsweise in eine Brennkraftmaschine erleichtert.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe zeichnet sich dadurch aus, dass ein von der Dichteinrichtung abgewandter Endbereich der Halteeinrichtung mit einem Pumpengehäuse verschweißt oder verstemmt ist. Auf diese Weise ist die Halteeinrichtung sicher am Pumpengehäuse festgelegt, und die Verschweißung bzw. Verstemmung gestattet darüber hinaus aufgrund ihrer absoluten Fluiddichtheit den Entfall einer sonst erforderlichen statischen Dichtung. Dies reduziert die Herstellkosten. Es reduziert jedoch vor allem den Austritt von Kraftstoffdampf aus der Kolbenpumpe, welcher bei der Verwendung von elastischen Dichtungen entstehen kann. Durch solche Dichtungen kann nämlich insbesondere Kraftstoff hindurch diffundieren.

Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Dichtung, mit der ein Pumpengehäuse gegenüber einem Antriebsgehäuse abgedichtet wird, in einem Übergangsbereich von einem zylindrischen Führungsabschnitt zu einem Flanschabschnitt des Pumpengehäuses angeordnet ist. Dies reduziert nochmals die Abmessungen der Kolbenpumpe und verhindert gleichzeitig zuverlässig den Austritt von Schmiermittel nach außen.

Zeichnung
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Kraftstoff-Kolbenpumpe;
2 einen teilweisen Schnitt durch einen Bereich der Hochdruck-Kolbenpumpe von 1;
3 eine Darstellung ähnlich 2 eines Ausschnitts einer alternativen Ausführungsform einer Hochdruck-Kolbenpumpe;
4 einen Teilschnitt durch einen Bereich einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Hochdruck-Kolbenpumpe; und
5 einen Schnitt durch einen anderen Bereich einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Hochdruck-Kolbenpumpe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 trägt eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst einen Kraftstoffbehälter 12, aus dem eine Vorförderpumpe 14 den Kraftstoff zu einer Hochdruck-Kolbenpumne 16 fördert. Diese wird auf nicht näher dargestellte Art und Weise mechanisch von einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine 10 angetrieben. Die Hochdruck-Kolbenpumpe 16 fördert den Kraftstoff weiter zu einer Kraftstoff-Sammelleitung 18 ("Rail"), in der der Kraftstoff unter hohem Druck gespeichert ist. An die Kraftstoff-Sammelleitung 18 sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 20 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume 22 einspritzen. Die Hochdruck-Kolbenpumpe 16 ist direkt an einen Zylinderkopf 24 der Brennkraftmaschine 10 angeflanscht.
Die Hochdruck-Kolbenpumpe 16 ist in 2 im Detail dargestellt: Sie umfasst ein Pumpengehäuse 26 mit einem Einlassstutzen 28 und einem Auslassstutzen 30. Auf das Pumpengehäuse 26 ist ferner ein Druckdämpfer 32 aufgesetzt. Am Pumpengehäuse 26 ist auf hier nicht näher dargestellte Art und Weise eine Zylinderbuchse 34 befestigt, in der ein Kolben 36 gleitend geführt ist. Der Kolben 36 ragt aus der Zylinderbuchse 34 heraus in einen Arbeitsraum 38 hinein, der fluidisch zum einen mit dem Einlassstutzen 28 und zum anderen mit dem Auslassstutzen 30 verbunden werden kann.
An dem vom Arbeitsraum 38 entgegengesetzten Ende des Kolbens 36 ist eine Federplatte 40 befestigt, an der sich eine Kolbenfeder 42 abstützt. Der Kolben 36 wird von einer nicht dargestellten Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung versetzt, wobei zwischen der Antriebswelle und dem Kolben 36 beispielsweise ein ebenfalls nicht dargestellter Tassenstößel vorhanden ist. Diese Elemente sind in einem Antriebsraum 44 untergebracht, der in dem Zylinderkopf 24 (in 2 nur strichpunktiert angedeutet) der Brennkraftmaschine 10 vorhanden ist. Die relativ zueinander beweglichen Teile im Arbeitsraum 44 werden mit einem Schmiermittel 46 geschmiert, weiches im Antriebsraum 44 beispielsweise in Form eines Schmiermittelnebels vorhanden ist.
Zur sicheren radialen Festlegung des Pumpengehäuses 26 am Zylinderkopf 24 ist an diesem ein umlaufender Führungskragen 48 vorhanden, der in eine entsprechende Aufnahmeöffnung 50 im Zylinderkopf 24 eingesetzt ist, bis ein Flanschabschnitt 52 des Pumpengehäuses 26 am Zylinderkopf 24 anliegt. Die Abdichtung des Antriebsraums 44 nach außen erfolgt durch eine O-Ringdichtung 54, die im Übergangsbereich zwischen dem Führungskragen 48 und dem Flanschabschnitt 52 in eine entsprechende rillenartige Ausnehmung (ohne Bezugszeichen) eingelegt ist. Die Anordnung der O-Ringdichtung 54 im besagten Übergangsbereich gestattet die Verwendung eines vergleichsweise kurzen Führungskragens 48, was die am Pumpengehäuse 26 vorzunehmende Zerspanung reduziert.
Der Antriebsraum 44, in dem das Schmiermittel 46 vorhanden ist, ist gegenüber dem Kraftstoff führenden Bereich der Hochdruck-Kolbenpumpe 16 folgendermaßen abgedichtet:
Ein koaxial zur Zylinderbuchse 34 und zum Kolben 36 angeordnetes Hülsenelement 56 weist an seinem dem Pumpengehäuse 26 zugewandten Ende einen sich radial nach außen erstreckenden umlaufenden Befestigungsabschnitt 58 auf. Dessen radial äußerer Rand ist mit dem Pumpengehäuse 26 verschweißt (Bezugszeichen 60). Das vom Pumpengehäuse 26 abgewandte und in 2 untere Ende des Hülsenelements 56 weist einen nach radial einwärts zum Kolben 36 hin gerichteten Abschnitt 62 auf. Das Hülsenelement 56 erstreckt sich dabei über das vom Pumpengehäuse 26 abgewandte Ende der Zylinderbuchse 34 hinaus. Zwischen dem radial inneren Rand (ohne Bezugszeichen) des Abschnitts 62 und der Umfangswand des Kolbens 36 ist ein geringer Spalt vorhanden.
Auf das in 2 untere Ende des Hülsenelements 56 ist ein kappenartiges Teil 64 fluiddicht fest aufgepresst. Alternativ wäre auch eine Klebung, Verschweißung, etc. denkbar. Das kappenartige Teil 64 weist ebenfalls einen nach radial einwärts zum Kolben 36 hin gerichteten Abschnitt 66 auf, der insoweit in etwa parallel zu dem Abschnitt 62 des Hülsenelements 56, von diesem jedoch etwas beabstandet ist.
Das Hülsenelement 56 und das kappenartige Teil 64 sind als dünnwandige Blechformteile aus Edelstahl hergestellt. Zwischen dem nach radial einwärts zum Kolben 3b hin gerichteten Abschnitt 62 des Hülsenelements 56, einem in etwa axial verlaufenden Abschnitt 68 des Hülsenelements 56, einer in 2 unteren Stirnfläche 70 der Zylinderbuchse 34, und der Mantelfläche des Kolbens 36 ist eine Ringkammer 72 gebildet, in der ein erster Abschnitt 74a einer insgesamt ringförmigen Kolbendichtung 74 angeordnet ist.
Analog hierzu ist zwischen dem nach radial einwärts gerichteten Abschnitt 66 des kappartigen Teils 64, einem in etwa axial verlaufenden Abschnitt 76 des kappenartigen Teils 64, dem nach radial einwärts gerichteten Abschnitt 62 des Hülsenelements 56, und der äußeren Mantelfläche des Kolbens 36 eine Ringkammer 78 gebildet, in der ein zweiter Abschnitt 74b der Kolbendichtung 74 aufgenommen ist. Der Abschnitt 74a der Kolbendichtung 74 sorgt dabei für die Abdichtung zum Kraftstoff hin, wohingegen der Abschnitt 74b der Kolbendichtung 74 für die Abdichtung zum Schmiermittel 46 hin sorgt. Das Hülsenelement 56 und das kappenartige Teil 64 bilden also insgesamt eine Halteeinrichtung 79 für die Kolbendichtung 74.
Der in etwa axial verlaufende Abschnitt 68 des Hülsenelements 56 liegt mit einem Bereich an der äußeren Mantelfläche der Zylinderbuchse 34 an. Auf diese Weise ist das Hülsenelement 56 durch die Zylinderbuchse 54 sicher radial zentriert. An einer Umfangsstelle dieses Bereichs ist jedoch eine in axialer Richtung verlaufende Längsnut 80 in das Hülsenelement 56 eingeprägt. Durch diese wird die Ringkammer 72 mit einem Niederdruckbereich 82 verbunden.
Der axiale Abschnitt 68 des Hülsenelements 56 weist in einem zum Befestigungsabschnitt 58 unmittelbar benachbarten Bereich 84 einen etwas vergrößerten Durchmesser auf, der in etwa dem Innendurchmesser der Kolbenfeder 42 entspricht. Hierdurch wird das von der Federplatte 40 entgegengesetzte Ende der Kolbenfeder 42, welches sich am Befestigungsabschnitt 58 abstützt, sicher zentriert.
Eine abgewandelte Ausführungsform einer Zylinderbuchse 34 und eines Hülsenelements 56 ist in 3 dargestellt. Dabei tragen solche Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu Elementen und Bereichen der in 2 gezeigten Hochdruck-Kolbenpumpe 16 aufweisen, die gleichen Bezugszeichen. Sie sind nicht nochmals im Detail erläutert. Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird auf eine Längsnut im Hülsenelement 56 verzichtet. Stattdessen ist in der äußeren Mantelfläche der Zylinderbuchse 34 eine wendelförmige und in 3 zum Teil gestrichelt dargestellte Nut 80 vorhanden, welche ebenfalls die Ringkammer 72 mit dem Niederdruckbereich 82 verbindet.
Eine nochmals alternative Ausführungsform zeigt 4. Auch hier gilt, dass Elemente und Bereiche, welche äquivalente Funktionen zu vorab erwähnten Elementen und Bereichen aufweisen, die gleichen Bezugszeichen tragen und nicht nochmals im Detail erläutert sind.
Hier erfolgt die Verbindung zwischen der Ringkammer und dem Niederdruckbereich durch Räume 80, welche zwischen dem im Querschnitt polygonartig ausgebildeten Hülsenelement 56 und der Zylinderbuchse 34 vorhanden sind. Die Mitten 84 der Polygonabschnitte 86 des Hülsenelements 56 liegen dabei an der äußeren Mantelfläche der Zylinderbuchse 34 an.
5 zeigt den Bereich der Verbindung der Halteeinrichtung 79 mit dem Pumpengehäuse 26 einer nochmals alternativen Ausführungsform einer Hochdruck-Kolbenpumpe 16. Bei dieser erfolgt die Verbindung nicht mittels Schweißen, sondern über eine Verstemmung 60 am Pumpengehäuse 26.

Claims

Kolbenpumpe (16), insbesondere Hochdruck-Kraftstoffpumpe, mit mindestens einem axial beweglichen Kolben (36), mit einer Zylinderbuchse (34), in der der Kolben (36) wenigstens bereichsweise aufgenommen ist, mit einer ringförmigen Dichteinrichtung (74), welche an einer Mantelfläche des Kolbens (36) anliegt und einen Fluidbereich (38) von einem Schmiermittelbereich (44) trennt, und mit einer Halteeinrichtung (79) für die Dichteinrichtung (74), dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (79) durch die Zylinderbuchse (34) wenigstens bereichsweise radial zentriert wird.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (79) und/oder die Zylinderbuchse (34) auf ihrer äußeren Mantelfläche eine axial oder eine wendelförmig verlaufende Nut (80) aufweisen bzw, aufweist, welche einen Bereich (72), in dem die Dichteinrichtung (74) wenigstens bereichsweise aufgenommen ist, mit einem Niederdruckbereich (82) verbindet.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (79) ein wenigstens bereichsweise im Querschnitt polygonförmiges Hülsenelement (56) umfasst, wobei die Mitten (84) der Polygonabschnitte (86) an der Zylinderbuchse (34) anliegen.
Kolbenpumpe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass eine Kolbenfeder (42) durch die Halteeinrichtung (79) zentriert wird.
Kolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (79) ein Hülsenelement (56) mit einem Halteabschnitt (62) und mindestens einem Kappenabschnitt (64) umfasst, wobei zwischen dem Halteabschnitt (62) und dem Kappenabschnitt (64) mindestens ein Bereich (74b) der Dichteinrichtung (74) aufgenommen ist.
Kolbenpumpe (16) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichteinrichtung (74) zwei separate Dichtelemente (74a, 74b) umfasst, wobei ein erstes Dichtelement (74a) zwischen dem Halteabschnitt (62) des Hülsenelements (56) und einer Zylinderbuchse (34) und ein zweites Dichtelement (74b) zwischen dem Halteabschnitt (62) und dem Kappenabschnitt (64) angeordnet ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kappenabschnitt als separates Teil (64) auf das Hülsenelement (56) aufgepresst ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (79) als dünnwandiges Blechformteil, insbesondere aus Edelstahl, hergestellt ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Dichteinrichtung (74) abgewandter Endbereich (58) der Halteeinrichtung (79) mit einem Pumpengehäuse (26) verschweißt oder verstemmt ist.
Kolbenpumpe (16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (54), mit der ein Pumpengehäuse (26) gegenüber einem Antriebsgehäuse (24) abgedichtet wird, in einem Übergangsbereich von einem zylindrischen Führungsabschnitt (48) zu einem Flanschabschnitt (52) des Pumpengehäuses (26) angeordnet ist.