DE19716242A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht von einer Kraftstoffhochdruckpumpe der Radialkolbenbauart gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aus. Eine derartige aus der Schrift US-PS 4,952,121 bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe weist mehrere, im Winkelabstand zueinander um eine zentrale Antriebswelle angeordnete Pumpenkolben auf, die mittels vorgespannter Federn mit ihren radial innenliegenden Enden an der Umfangsfläche der Antriebswelle anliegen und die dabei jeweils in einer Führungsbohrung axial verschiebbar sind. Die Pumpenkolben begrenzen dabei mit ihren der Antriebswelle abgewandten Stirnflächen jeweils einen Pumpen­ arbeitsraum in der Führungsbohrung, der alternierend mit einem kraftstoffgefüllten Niederdruckraum und mit einer Hochdruckförderleitung verbindbar ist.

Dabei werden im Pumpenarbeitsraum während der Hochdruckför­ derphase sehr hohe Kraftstoffdrücke von bis zu 2000 bar aufgebaut, so daß die Anforderungen an die mit Hochdruck beaufschlagen Dichtstellen und Bohrungen hinsichtlich eines sicheren Abdichtens sehr hoch sind. Dabei weist die bekannte Kraftstoffhochdruckpumpe jedoch den Nachteil auf, daß sich die hochdruckführenden Kanäle durch eine Vielzahl von Bauteilen der Hochdruckpumpe erstrecken, was den Aufwand hinsichtlich einer Hochdruckabdichtung erheblich vergrößert. Zudem verursacht die hohe Anzahl von Bauteilen an der bekannten Kraftstoffhochdruckpumpe einen erhöhten Bau- und Montageaufwand.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe mit den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat dem gegen­ über den Vorteil, daß sämtliche mit Hochdruck beaufschlagten Kanäle und Dichtstellen in einem einzigen gemeinsamen, einstückigen Pumpengehäuse angeordnet sind. Auf diese Weise entfallen in konstruktiv einfacher Weise die an den zusätz­ lich eingesetzten Bauteilen notwendigen Dichtstellen, was neben einer Reduzierung der Dichtstellen auch eine Reduzie­ rung des Bauaufwandes zur Folge hat. Die Pumpenkolben der einzelnen Pumpenelemente sind dabei in einfacher Weise in einer Führungsbohrung axial beweglich geführt, die direkt in das Pumpengehäuse eingearbeitet wird, so daß auf zusätzliche Zylinderbüchsen verzichtet werden kann. Die beim Verschlie­ ßen der Hochdruckleitungen im Pumpengehäuse und an einem Anschluß eines Druckstutzens am Pumpengehäuse notwendigen Dichtstellen sind desweiteren in vorteilhafter Weise als "Beißkanten" ausgebildet, wozu die Dichtflächenpaarungen jeweils eine plane Dichtfläche an einem ersten Bauteil und eine mit dieser zusammenwirkende scharfe Dichtkante an einem zweiten Bauteil aufweisen. Dabei wird beim Verspannen der Bauteile gegeneinander an der Berührungslinie zwischen der Dichtkante und der planen Dichtfläche eine geringfügige plastische Verformung erreicht, die eine sehr sichere Abdichtung auch bei sehr hohen Kraftstoffinnendrücken gewährleistet. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe stellt sich durch das ausschließ­ liche Führen der Hochdruckkanäle innerhalb des Pumpengehäu­ ses ein, so daß aufzusätzliche, leitungsführende Bauteile und Abdichtungen an diesen Bauteilen verzichtet werden kann. Dabei ist auch das für die Funktion notwendige, in Richtung Druckstutzen öffnende Druckventil an den Pumpenarbeitsräumen vollständig in den jeweiligen Hochdruckkanal innerhalb des Pumpengehäuses integriert. Die einzelnen, von den jeweiligen Pumpenarbeitsräumen abführenden Hochdruckkanäle führen dabei über eine gemeinsame Hochdrucksammelleitung innerhalb des Pumpengehäuses zum Druckanschlußstutzen, an den eine Hoch­ druckförderleitung anschließbar ist, die vorzugsweise in einen Hochdruckspeicherraum mündet, von dem seinerseits Einspritzleitungen zu den in den Brennraum der Brennkraft­ maschine ragenden Einspritzventilen abführen (Common Rail).

Da dabei alle mit Hochdruck beaufschlagten Dichtstellen, Verschraubungen, Kraftstoffkanäle und Pumpenkolben in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnet sind ist es möglich, sämtliche Hochdruckdichtstellen voneinander zu entkoppeln und somit statisch exakt auszulegen. Dabei ist das gemein­ same Pumpengehäuse (Mono-Block) vorzugsweise als einteiliges Stahlteil ausgebildet. Dieses gemeinsame Pumpengehäuse ermöglicht dabei neben einer hohen Dichtheit aufgrund der Reduzierung der Bauteile auch eine sehr kompakte Bauweise, so daß sich der gesamte benötigte Pumpenbauraum verringern läßt. Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe läßt sich dabei wahlweise mit einem Deckel verschließen und weist vorzugsweise eine Aufnahmevorrichtung für einen Befesti­ gungsflansch auf, über den sie an das jeweilige Motorenge­ häuse anbringbar ist. Dabei ermöglicht die modulare und baukastengerechte Bauweise der Kraftstoffhochdruckpumpe die Befestigung verschiedener Flanschformen, so daß sie in einfacher Weise an verschiedene Einbauanforderungen anpaßbar ist. Diese modulare Bauweise wird dabei durch das Vorsehen eines Gehäusemonoblocks aus Stahl ermöglicht, in den sämtliche Hochdruck-führenden Teile integriert sind. An diesen Monoblock können nun je nach Bedarf verschiedenste Zusatzbauteile wie Adapter, Vorförderpumpen u. ä., vorzugsweise aus Aluminium angebracht werden.

Die Antriebswelle der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruck­ pumpe ist in vorteilhafter Weise als Exzenterwelle ausgebil­ det, es sind jedoch auch andere Antriebswellenformen, z. B. Nockenwellen möglich. Zudem sind verschiedene Formen von Stößeln am Pumpenkolben wie z. B. Tassenstößel oder Rollen­ stößel alternativ möglich.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegen­ standes der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraftstoff­ hochdruckpumpe ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der folgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Kraft­ stoffhochdruckpumpe und die Fig. 2 einen Querschnitt der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie II.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das in den Fig. 1 und 2 in zwei Schnittansichten darge­ stellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kraft­ stoffhochdruckpumpe weist ein in etwa dreieckförmiges Pumpengehäuse 1 auf. In diesem, vorzugsweise aus Stahl gefertigtem Pumpengehäuse 1 ist eine kreisringförmige zentrische Ausnehmung 3 vorgesehen, die in eine Achsrichtung offen und in einer zweiten Achsrichtung durch eine innere Gehäusestirnfläche 5 verschlossen ist. In dieser Gehäusestirnfläche 5 ist eine zentrale axiale Durchgangsbohrung 7 vorgesehen, die als Lagerbuchse einer zentralen Antriebswelle 9 dient. Die Antriebswelle 9 ist dabei mit einem Endstück 11 drehbar in der Durchgangsbohrung 7 geführt und weist an ihrem in die Ausnehmung 3 des Pumpengehäuses 1 ragenden Abschnitt einen, einen Antriebsnocken bildenden Exzenterwellenteil 13 auf. Dieser mit seiner Achse aus der Achse der Antriebswelle 9 verschobene Exzenterwellenteil 13 weist an seinem Umfang einen Ablaufring 15 aus gehärtetem Material auf.

Desweiteren weist das Pumpengehäuse 3 radial zur Antriebs­ welle 9 verlaufende Führungsbohrungen 17 auf, die im gleichen Winkelabstand zueinander um die zentrale Antriebs­ welle 9 angeordnet sind und in denen jeweils ein Pumpenkol­ ben 19 gleitverschiebbar geführt ist. Dabei begrenzen die Pumpenkolben 19 mit ihren der Antriebswelle 9 abgewandten Stirnflächen jeweils einen Pumpenarbeitsraum 21 in der Führungsbohrung 17. An ihren den Pumpenarbeitsräumen 21 abgewandten, aus der jeweiligen Führungsbohrung 17 heraus­ ragenden Enden weisen die Pumpenkolben 19 jeweils einen Gleitschuh 23 auf, wobei die Pumpenkolben 19 dabei in Form eines Ventilstößels einteilig ausgebildet sind. Der im Quer­ schnitt gegenüber dem Pumpenkolben 19 vergrößerte Gleitschuh 23 wird dabei mit seiner pumpenarbeitsraumfernen Stirnfläche mittels einer Feder 25 in Anlage am Ablaufring 15 des Exzenterwellenteils 13 der Antriebswelle 9 gehalten. Dazu greift die Feder 25 an der pumpenarbeitsraumzugewandten Ringstirnfläche des Gleitschuhs 23 an und stützt sich andererseits an der die Ausnehmung 3 begrenzenden Ringstirn­ fläche des Pumpengehäuses 1 ab. Dabei ist es vorteilhaft, die Feder 25 koaxial zum Pumpenkolben 19 anzuordnen und in einer entsprechenden Ringöffnung 27 im Pumpengehäuse 1 zu führen.

Die die Pumpenkolben 19 aufnehmenden Führungsbohrungen 17 sind radial auswärts durch ein in das Pumpengehäuse 1 einge­ schraubtes Verschlußstück 29 verschlossen, das mit seiner pumpeninneren Stirnfläche eine Distanzscheibe 31 axial gegen einen an der Führungsbohrung 17 gebildeten Gehäuseabsatz preßt. Dabei begrenzt die Distanzscheibe 31 mit ihrer dem Pumpenkolben 19 zugewandten Stirnfläche den Pumpenarbeits­ raum 21 und bildet zudem mit dieser Stirnfläche eine Ventil­ sitzfläche für ein scheibenförmiges Ventilglied 33, das mittels einer Blattfeder 35 in Anlage an der Distanzscheibe 31 gehalten wird. Dabei weist die Distanzscheibe 31 eine axiale Durchgangsbohrung 37 auf, von der eine Radialbohrung 39 abführt die an eine Kraftstoffzuführungsleitung 41 mündet, die andererseits von einem nicht gezeigten kraft­ stoffgefüllten Niederdruckraum ausgeht. Dabei wird der Durchflußquerschnitt von der Kraftstoffzuführungsleitung 41 in den Pumpenarbeitsraum 21 vom scheibenförmigen Ventilglied 33 durch die Blattfeder 35 verschlossen gehalten. Die Blatt­ feder 35 stützt sich dabei an einem gekröpften Federteller 43 ab, der mit seinem oberen Rand zwischen Gehäuseabsatz und Distanzscheibe 31 eingespannt ist.

Von der Führungsbohrung 17 jedes Pumpenkolbens 19 führt weiterhin im Bereich des Pumpenarbeitsraumes 21 eine radiale Hochdruckbohrung 45 ab, die in einen Hochdruckkanal 47 mündet, wobei die einzelnen Hochdruckkanäle 47 über eine gemeinsame, nicht näher gezeigte Sammelleitung innerhalb des Pumpengehäuses 1 an einen in das Pumpengehäuse 1 eingeschraubten Druckstutzen 49 münden. An diesen Druckstutzen 49 ist eine Hochdruckförderleitung anschließbar, die anderseits in einen Hochdruckspeicherraum (Common Rail) mündet, von dem seinerseits die einzelnen Einspritzleitungen zu den nicht gezeigten, in den Brennraum der zu versorgende Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen abführen.

Dabei ist in jede Hochdruckbohrung 45 ein in Richtung Druck­ stutzen 49 öffnendes Druckventil 51 eingesetzt, das im Ausführungsbeispiel als Rückschlagventil mit einem kugelför­ migen Ventilglied 53 ausgebildet ist. Diese Ventilkugel 53 wird dabei über einen Federteller 55 und eine Ventilfeder 57 an einem konischen Ventilsitz gehalten, wobei sich die Ventilfeder 57 an einem in das Pumpengehäuse 1 einschraub­ baren Gegenanschlag 59 abstützt.

Die dichtenden Flächen am Gegenanschlag 59 sowie an der in das Gehäuse 1 eingeschraubten Stirnfläche des Druckstutzens 49 sind dabei als sogenannte Beißkanten ausgebildet, bei denen jeweils eine plane Dichtfläche an einem ersten Bauteil mit einer scharfkantigen Dichtkante (Schneide) an einem zweiten Bauteil zusammenwirkt, wobei sich beim Verspannen der Bauteile gegeneinander eine dichtende plastische Verformung entlang der Berührungslinie der planen und scharfkantigen Dichtfläche einstellt.

Das Pumpengehäuse 1 weist weiterhin an seinem dem Endstück 11 der Antriebswelle 9 abgewandten offenen Ende einen axial vorstehenden Rohransatz 61 auf, der eine Aufnahme für einen, einen Pumpendeckel bildenden Befestigungsflansch 63 bildet. Dabei ist dieser Befestigungsflansch 63 mit einer entsprechenden Innenausnehmung dichtend auf den Rohransatz 61 aufgeschoben und axial an diesem befestigt.

Dazu ist der Befestigungsflansch 63 auf dem Rohransatz 61 zentriert und wird vorzugsweise mittels Befestigungsschrauben, die in entsprechende, Schraublöcher bildende Bohrungen 71 im Pumpengehäuse 1 eingeschraubt werden, am Pumpengehäuse 1 verspannt.

Der Befestigungsflansch 63 weist eine axiale Durchgangsöffnung auf, durch die das freie Ende der Antriebswelle 9 ragt und dort dichtend geführt ist. Desweiteren sind am Befestigungsflansch 63 Aufnahmebohrungen 65 vorgesehen, mit denen die Kraftstoffhochdruckpumpe an einem Motorgehäuse befestigbar ist. Zudem ist am freien Ende der Antriebswelle 9 ein Konus 67 vorgesehen, über den sich ein motorseitiges Antriebsteil auf der Antriebswelle 9 drehschlüssig befestigen läßt. An ihrem dem freien Ende der Antriebswelle 9 abgewandten Ende ist die die Antriebswelle 9 aufnehmende Durchgangsbohrung 7 im Pumpengehäuse 1 durch einen Deckel 69 dichtend verschlossen.

Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe arbeitet in folgender Weise. Zunächst wird durch eine nicht gezeigte Vorförderpumpe Kraftstoff aus einem Niederdruckraum, vorzugsweise einem Kraftstoffvorratstank über die Kraft­ stoffzuführungsleitung 41 und die Bohrungen 39, 37 in der Distanzscheibe 31 an das Ventilglied 33 gefördert, wobei dieses Ventil als Saugventil arbeitet. Beim rotierenden Antrieb der Antriebswelle 9 werden die am Exzenterwellenteil 13 anliegenden Pumpenkolben 19 alternierend nach oben und unten verschoben. Dabei entsteht bei der radial nach innen gerichteten Saughubbewegung des Pumpenkolbens 19 ein Unter­ druck im Pumpenarbeitsraum 21, so daß der am Ventilglied 33 des Saugventils anstehende Kraftstoffdruck ausreicht das Ventilglied 33 vom Ventilsitz an der Distanzscheibe 31 abzu­ heben und so den Kraftstoffdurchtrittsquerschnitt aus der Zuführungsleitung 41 in den Pumpenarbeitsraum 21 aufzusteuern. Nach Durchlaufen des unteren Totpunktes wird der Pumpenkolben 19 anschließend radial auswärts in Richtung oberer Totpunkt verschoben, wobei diese Pumpenkolbenhubbewegung dem Förderhub entspricht. Der im Pumpenarbeitsraum 21 befindliche Kraftstoff wird dabei auf einen sehr hohen Kraftstoffdruck von bis zu 2000 bar komprimiert und öffnet dabei das in der Hochdruckbohrung 45 angeordnete Druckventil 51, so daß der unter hohem Druck stehende Kraftstoff über den Hochdruckkanal 47 und die gemeinsame Sammelleitung zum Druckstutzen 49 strömen kann.

Von dort gelangt der Kraftstoffhochdruck über die Hochdruckförderleitung in den gemeinsamen Hoch­ druckspeicherraum (Common Rail), wo er zur Versorgung der Einspritzleitungen zu den Einspritzventilen gespeichert wird. Nach Durchlaufen des oberen Totpunktes der Pumpenkolbenbewegung wird der Pumpenkolben 19 erneut radial einwärts verschoben, der Druck im Pumpenarbeitsraum 21 sinkt unter einen bestimmten Öffnungsdruck und das Druckventil 51 schließt erneut. Es ist jedoch alternativ auch möglich, die Hochdruckbohrung 45 so in die Führungsbohrung 17 münden zu lassen, daß der Pumpenkolben 19 die Eintrittsöffnung der Hochdruckbohrung 45 ab einer bestimmten Kolbenhublage mit seiner Mantelfläche verschließt. Beim sich anschließenden Saughub des Pumpenkolbens 19 in Richtung unterer Totpunkt sinkt der Kraftstoffdruck im Pumpenarbeitsraum 21 erneut unter den Kraftstoffdruck in der Zuführungsleitung 41, so daß das Ventilglied 33 des Saugventils erneut von seinem Sitz abhebt und Kraftstoff über die Blattfeder 35 und den Federteller 43 in den Pumpenarbeitsraum 21 einströmen kann.

Dabei ermöglicht die Anordnung sämtlicher mit Hochdruck beaufschlagter Dichtstellen, Verschraubungen, Bohrungen zur Kraftstoffzusammenführung und der einzelnen Pumpenelemente in einem gemeinsamen einstückigen Pumpengehäuse eine sehr hohe Dichtwirkung gegenüber hohen Kraftstoffdrücken und somit eine hohe Funktionssicherheit der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe.

Claims (10)

1. Kraftstoffhochdruckpumpe mit mehreren, im Winkelabstand zueinander um eine zentrale Antriebswelle (9) angeordneten Pumpenkolben (19), die mittels vorgespannter Federn (25) mit ihren radial innen liegenden Enden an der Umfangsfläche der Antriebswelle (9) anliegen und die jeweils in einer Führungsbohrung (17) axial verschiebbar geführt sind, wobei die Pumpenkolben (19) mit ihren der Antriebswelle (9) abge­ wandten Stirnflächen jeweils einen Pumpenarbeitsraum (21) in der Führungsbohrung (17) begrenzen, der mit einem kraft­ stoffgefüllten Niederdruckraum und mit einer Hochdruckför­ derleitung verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbohrungen sämtlicher Pumpenkolben (19) direkt in einem gemeinsamen, einstückigen Pumpengehäuse (1) angeordnet sind.

2. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckförderleitung an einem am Pumpengehäuse (1) vorgesehenen Druckstutzen (49) befestigbar ist und daß die Pumpenarbeitsräume (21) über Hochdruckkanäle (45, 47) mit dem Druckstutzen (49) verbunden sind, wobei die Hochdruckkanäle (45, 47) ausschließlich innerhalb des Pumpengehäuses verlaufen.

3. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein in Richtung Druckstutzen (49) öffnendes Druckventil (51) an jedem Pumpenarbeitsraum (21) in den jeweiligen Hochdruckkanal (45, 47) eingesetzt ist, wobei das Druckventil (51) vollständig in das Pumpengehäuse (1) eingesetzt ist.

4. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächenpaarungen an den kraft­ stofführenden Bauteilen jeweils eine plane Dichtfläche an einem ersten Bauteil und eine mit dieser zusammenwirkende scharfe Dichtkante an einem zweiten Bauteil aufweisen, wobei sich beim Verspannen der Bauteile gegeneinander eine dichtende plastische Verformung an der Berührungslinie zwischen der scharfkantigen Dichtkante und der planen Dichtfläche einstellt.

5. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stirnseite des Pumpengehäuses (1) eine Aufnahme für einen Befestigungsflansch (63) aufweist, mit dem die Kraftstoffhochdruckpumpe an einem Gehäuse einer zu versorgenden Brennkraftmaschine befestigbar ist.

6. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme als axial vorstehender Rohransatz (61) ausgebildet ist, auf den der Befestigungs­ flansch (63) aufgesteckt ist.

7. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Befestigungsflansch (63) mit dem Pumpengehäuse (1) verschraubt ist.

8. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebswelle (9) wenigstens im Bereich der Überdeckung mit den Pumpenkolben (19) als Exzenterwelle (13) ausgebildet ist.

9. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpenkolben (19) symmetrisch zueinander versetzt um die Antriebswelle (9) angeordnet sind.

10. Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckförderleitung in einen Hochdruckspeicherraum mündet, von dem Einspritzleitungen zu in den Brennraum einer Brennkraftmaschine ragenden Einspritzventilen abführen.