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Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für eine Kraftstoffhochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit wenigstens einem solchen Zylinderkopf.
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Stand der Technik
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Ein Zylinderkopf der vorstehend genannten Art weist eine Hochdruckbohrung zur Ausbildung eines Pumpenarbeitsraumes und zur Aufnahme eines Pumpenkolbens sowie wenigstens eine weitere Bohrung zur Aufnahme eines Saugventils und/oder eines Hochdruckventils auf.
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Ein derartiger Zylinderkopf ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 000 705 A1 offenbart. Der hierin beschriebene Zylinderkopf weist einen Pumpenarbeitsraum auf, in dem Brennstoff über einen sich hin- und herbewegenden Kolben periodisch komprimiert und entlastet wird. Ferner steht der Pumpenarbeitsraum mit jeweils einer Bohrung zur Aufnahme eines Einlassventils und eines Auslassventils in Verbindung, über welche der Brennstoffzufluss und der Brennstoffabfluss gesteuert wird. Über das Auslassventil und eine Brennstoffleitung wird der komprimierte Brennstoff einer Brennstoffverteilerleiste zugeführt.
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Ein solcher Zylinderkopf weist in der Regel eine komplexe Form auf und wird daher regelmäßig als Gussbauteil hergestellt. Da an den Werkstoff immer höhere Anforderungen im Hinblick auf die Druckfestigkeit gestellt werden, entsprechend belastbare Werkstoffe jedoch in der Regel nicht geeignet sind, komplexe Formen bei Einsatz eines Gießverfahrens zu realisieren, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, ein gegossenes Zylinderkopfgehäuse zweiteilig auszuführen.
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Aus der
EP 1 803 520 A1 geht beispielsweise ein aus mindestens zwei Abschnitten zusammengesetzter Zylinderkopf hervor, wobei die Abschnitte nachträglich über eine metallische Zwischenschicht stoffschlüssig miteinander zu einem Zylinderkopf verbunden werden. Der Werkstoff für die Abschnitte ist derart gewählt, dass der eine Abschnitt hinsichtlich seiner thermischen und/oder mechanischen Belastbarkeit dem anderen Abschnitt überlegen ist. Für letzteren wird dagegen ein Werkstoff gewählt, der eine gute Vergießbarkeit aufweist und demnach auch komplexe Formen präzise abzubilden vermag.
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Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Zylinderkopf bereit zustellen, der einfach und kostengünstig herzustellen und zudem kompaktbauend ist. Der Zylinderkopf soll insbesondere für den Einsatz in einer als Radialkolbenpumpe ausgebildeten Kraftstoffhochdruckpumpe einer Einspritzanlage von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen geeignet sein.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Zylinderkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen angegeben. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit wenigstens einem solchen Zylinderkopf gemäß Anspruch 9.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist der Zylinderkopf zumindest dreiteilig ausgebildet und besitzt ein erstes zylinderförmiges Teil zur Ausbildung der Hochdruckbohrung und des Pumpenarbeitsraumes, ein zweites flanschartiges Teil zur Aufnahme des Saugventils und/oder des Hochdruckventils sowie ein drittes Teil zur Ausbildung eines Hochdruckspeichers. Der vorgeschlagene Zylinderkopf zeichnet sich demnach u. a. dadurch aus, dass der Hochdruckspeicher in den Zylinderkopf integriert ist. Indem der Hochdruckspeicherjedoch weiterhin als eigenständiges Teil ausgebildet ist, kann ein Werkstoff zur Ausbildung dieses Teils gewählt werden, der den Anforderungen an einen Hochdruckspeicher bzw. den zu erwartenden Belastungen Rechnung trägt. Beispielsweise kann für den als Hochdruckspeicher dienende Teil des Zylinderkopfes ein Werkstoff mit einer hohen Zähigkeit gewählt werden, während wenigstens eins der beiden anderen Teile aus einem Werkstoff bestehen kann, der eine besonders hohe Festigkeit und/oder leichte Vergießbarkeit aufweist. Grundsätzlich kann für jedes Teil des Zylinderkopfes ein anderer Werkstoff Verwendung finden, so dass über die geeignete Werkstoffwahl die Herstellungskosten optimiert werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das flanschartige Teil des Zylinderkopfes eine Anlagefläche zur Aufnahme des als Hochdruckspeicher dienenden Teils. Die Anlagefläche kann eben ausgeführt sein und mit einer korrespondierend hierzu ausgebildeten Anlagefläche an dem als Hochdruckspeicher dienenden Teil zusammenwirken. Beispielsweise kann das als Hochdruckspeicher dienende Teil rohrförmig ausgebildet sein mit einem runden Querschnitt, der eine Abflachung zur Anlage an der Anlagefläche des flanschartigen Teils besitzt. Die jeweils korrespondierend ausgebildeten Anlageflächen am flanschartigen Teil und dem als Hochdruckspeicher dienenden Teil des Zylinderkopfes tragen zur Realisierung einer dichtenden Anlage bei.
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Gemäß einer weiterbildenden Maßnahme ist in der Anlagefläche ein konusförmiger Dichtsitz zur Aufnahme eines korresponierend hierzu ausgebildeten Dichtkegels an dem als Hochdruckspeicher dienenden Teil ausgebildet. Im Bereich des Dichtsitzes ist ferner eine Verbindungsbohrung angeordnet, über welche die im flanschartigen Teil ausgebildete Bohrung zur Aufnahme des Hochdruckventils mit dem Hochdruckspreicher verbunden ist. Über die im flanschartigen Teil ausgebildeten Bohrungen, nämlich die Bohrung zur Aufnahme des Hochdruckventils und die hiervon abzweigende Verbindungsbohrung, wird demnach dem Hochdruckspeicher unter Hochdruck stehender Kraftstoff zugeführt. Der in der Anlagefläche des flanschartigen Teils ausgebildete Dichtsitz wirkt mit dem Dichtkegel an dem als Hochdruckspeicher dienenden Teil derart zusammen, dass eine ausreichende Dichtigkeit im Übergangsbereich gewährleistet ist.
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Die Dichtigkeit kann weiter dadurch erhöht werden, dass eine Pratze zur Verbindung und/oder Lagefixierung des als Hochdruckspeicher dienenden Teils am flanschartigen Teil des Zylinderkopfes vorgesehen ist. Die Pratze ist über Befestigungsschrauben am flanschartigen Teil befestigt, so dass eine form- und kraftschlüssige Verbindung realisiert wird.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass an dem als Hochdruckspeicher dienenden Teil des Zylinderkopfes wenigstens ein Hochdruckspeicher- bzw. Injektoranschluss, vorzugsweise in Form eines Anschlussstutzens, ausgebildet ist. Der wenigstens eine Anschluss in Form eines Stutzens kann außenumfangseitig an dem als Hochdruckspeicher dienenden, bevorzugt rohrförmigen Teil angeordnet sein. Bevorzugt sind mehrere solche Anschlussstutzen vorgesehen.
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Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen ist bzw. sind in die Bohrung zur Aufnahme des Hochdruckventils im flanschartigen Teil des Zylinderkopfes eine Verschlussschraube und/oder ein Drucksensor zur Druckmessung im Hochdruckspeicher eingesetzt. Der zur Druckmessung erforderliche Drucksensor kann auf diese Weise ebenfalls in den Zylinderkopf integriert werden, so dass weitere Schnittstellen entfallen und die Anordnung besonders kompaktbauend ausgeführt werden kann.
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Bevorzugt ist auch die Bohrung zur Aufnahme des Saugventils im flanschartigen Teil des Zylinderkopfes ausgebildet. Vorteilhafterweise ist in dieser Bohrung auch der zylinderförmige Teil des Zylinderkopfes zumindest teilweise aufgenommen. Beispielsweise kann die Bohrung als Stufenbohrung ausgeführt sein und somit einen Absatz ausbilden, der mit einem korrespondierend hierzu ausgebildeten ringförmigen Absatz am zylinderförmigen Teil des Zylinderkopfes zusammenwirkt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform weist das flanschartige Teil des Zylinderkopfes gegenüber dem zylinderförmigen Teil eine komplexere Bauform auf. Zur Hersetllung des flanschartigen Teils findet daher vorzugsweise ein leicht zu gießender Werkstoff Verwendung. Das demgegenüber einfach gehaltene zylinderförmige Teil wird aufgrund der hierin ausgebildeten Hochdruckbohrung jedoch stärker mechanisch belastet als das flanschartige Teil, so dass zur Herstellung des zylinderförmigen Teils ein Werkstoff Verwendung finden sollte, der eine hohe Festigkeit aufweist. Aufgrund der mehrteiligen Ausführung des Zylinderkopfes ist die Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe ohne Weiteres möglich.
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Um hinsichtlich der Werkstoffwahl eine größtmögliche Flexibilität zu erreichen, wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Teile des Zylinderkopfes lediglich form- und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Denn eine stoffschlüssige Verbindung würde wiederum bestimmte Werkstoffpaarungen voraussetzen. Zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Saugventils und des zylinderförmigen Teils mit dem flanschartigen Teil ist vorzugsweise eine Verschlussschraube in die Bohrung eingesetzt. Die Verschlussschraube dient jedoch nicht nur der Verbindung dieser Teile, sondern gewährleistet zudem eine dichtende Anlage des Saugventils am zylinderförmigen Teil des Zylinderkopfes.
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Eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der Teile des Zylinderkopfes besitzt ferner den Vorteil, dass die Herstellung des Zylinderkopfes vereinfacht wird, da kein Arbeitsschritt im Rahmen der Herstellung notwendig ist, um die Teile zu einem einteiligen Zylinderkopf zusammenzufügen. Des Weiteren ermöglicht die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung der Teile einen modularen Aufbau des Zylinderkopfes bzw. die Ausbildung eines Zylinderkopf-Baukastens, so dass ein späterer Austausch der Teile möglich ist.
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Die zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgeschlagene Kraftstoffhochdruckpumpe weist wenigstens einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf auf. Die Anzahl der Zylinderköpfe bestimmt sich dabei nach der Anzahl der in der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordneten Pumpenelemente. Vorzugsweise findet die Kraftstoffhochdruckpumpe Einsatz in Verbindung mit kleinen Motoren, die nur ein kleines Hochdruckspeichervolumen erfordern.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Zeichnung näher beschrieben. Diese zeigt einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Zylinderkopf.
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Ausführliche Beschreibung der einzigen Figur
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Der Darstellung der einzigen Figur ist ein dreiteiliger Zylinderkopf mit einem ersten zylinderförmigen Teil 8, einem zweiten flanschartigen Teil 9 und einem dritten als Hochdruckspeicher 11 ausgebildeten Teil 10 zu entnehmen. Das als Hochdruckspeicher 11 dienende Teil 10 wird auch als Rail bezeichnet. Die drei Teile 8, 9, 10 des Zylinderkopfes sind form- und kraftschlüssig miteinander verbunden, so dass der modulartige Aufbau des Zylinderkopfes den nachträglichen Austausch einzelner Teile ermöglicht.
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Das flanschartige Teil 9 weist eine zentrale Bohrung 4 auf, in welcher das zylinderförmige Teil 8 sowie ein Saugventil 6 eingesetzt sind. Das Saugventil 6 liegt dabei mit seiner Ventilplatte 21 am zylinderförmigen Teil 8 an. Über eine Verschlussschraube 20 werden das Saugventil 6 und das zylinderförmige Teil 8 in der Bohrung 4 gehalten, die vorliegend als Stufenbohrung ausgeführt ist und somit einen Absatz 22 als Anlagefläche für das zylinderförmige Teil 8 ausbildet, an welcher das zylinderförmige Teil 8 mit einem korrespondierend hierzu ausgebildeten Absatz anliegt. Zur Befestigung des Zylinderkopfes an einem Gehäuseteil 23 der Hochdruckpumpe wird das flanschartige Teil 9 mit dem Gehäuseteil 23 verschraubt. Um die Zentrierung zu erleichtern, ist am flanschartigen Teil 9 ein Zentrierring 24 angeordnet, der in eine entsprechend ausgebildete Bohrung des Gehäuseteils 23 der Hochdruckpumpe eingreift.
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Zur Befestigung des als Rail 11 dienenden Teils 10 ist am flanschartigen Teil 9 eine Anlagefläche 12 ausgebildet, die im Wesentlichen eben ist. Das rohrförmig ausgebildete, als Rail 11 dienende Teil 10 weist als Gegenfläche eine Abflachung auf, mit welcher es an der Anlagefläche 12 anliegt. In der Anlagefläche 12 ist ferner ein konusförmiger Dichtsitz 13 ausgebildet, der dichtend mit einem korrespondierend hierzu ausgebildeten Dichtkegel 14 am rohrförmigen, als Rail 11 dienenden Teil 10 zusammenwirkt. Im Bereich dieser Dichtstelle ist im flanschartigen Teil 9 eine Verbindungsbohrung 15 ausgebildet, die das Rail 11 mit einer Bohrung 5 im flanschartigen Teil 9 verbindet, in welcher das Hochdruckventil 7 aufgenommen ist. Über die Verbindungsbohrung 15 wird demnach das Rail 11 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt.
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Um die dichtende Anlage des als Rail 11 ausgebildeten Teils 10 am flanschartigen Teil 9 sicher zu stellen, ist zur form- und kraftschlüssigen Verbindung des Teils 10 am Teil 9 ferner eine Pratze 16 vorgesehen, die über Befestigungsschrauben 17 mit dem flanschartigen Teil 9 verschraubt ist.
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Zur Verbindung des Rails 11 mit einem Injektor ist an dem rohrförmigen Teil 10 wenigstens ein Rail- bzw. Injektoranschluss 18 vorgesehen, der als Anschlussstutzen am rohrförmigen Teil 10 ausgestaltet ist.
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In eine Verlängerung der Bohrung 5, in welcher das Hochdruckventil 7 angeordnet ist und von welcher die zum Rail 11 führende Verbindungsbohrung 15 abgezweigt ist, ist endseitig eine Verschlussschraube 19 eingesetzt. Alternativ oder ergänzend kann in der Verlängerung der Bohrung 5 auch ein Drucksensor und/oder ein Druckregelventil eingesetzt sein (nicht dargestellt).
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Die Arbeitsweise einer Hochdruckpumpe mit einem erfindungsgemäßen Zylinderkopf ist wie folgt:
Über einen sich in einer Hochdruckbohrung 1, die im zylinderförmigen Teil 8 des Zylinderkopfes ausgebildet ist, hin und her bewegenden Pumpenkolben 3 wird über das Saugventil 6 in einen Pumpenarbeitsraum 2 gelangender Kraftstoff verdichtet und nach dem Verdichten einem Hochdruckabgang zugeführt. Der Hochdruckabgang in Form der Bohrung 5 weist ein Hochdruckventil 7 auf, das als Rückschlagventil ausgebildet ist und den im Rail 11 erforderlichen Druck sicherstellt, in welchen der unter Hochdruck stehende Kraftstoff über die Verbindungsbohrung 15 gelangt. Von dort aus wird der verdichtete Kraftstoff auf die Rail- bzw. Injektoranschlüsse 18 verteilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008000705 A1 [0003]
- EP 1803520 A1 [0005]
