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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, beispielsweise eine Kraftstoffpumpe, mit deren Hilfe Kraftstoff für ein Kraftfahrzeug gefördert werden kann.
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Üblicherweise werden Hochdruckpumpen in Kraftfahrzeugen als Pumpe für flüssige Kraftstoffe, beispielsweise Benzin- oder Dieselkraftstoffe, eingesetzt. Für Dieselkraftstoff werden Hochdruckpumpen beispielsweise bei Common Rail Systemen eingesetzt, wobei der Kraftstoff bis auf einen Druck von ca. 1.000 bis 2.500 bar verdichtet wird. Eine typische Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in das eine Kolbenpumpe eingesetzt werden kann. Die Kolbenpumpe weist einen Verdichtungsraum auf, der in einem mit dem Pumpengehäuse verbundenen Zylinder ausgebildet ist. Der zu verdichtende Kraftstoff wird über einen durch das Pumpengehäuse und den Zylinder verlaufenden Versorgungskanal zu dem Verdichtungsraum gefördert. In dem Versorgungskanal ist ein Einlassventil mit einem Ventilsitz und einen an dem Ventilsitz anliegbaren Ventilkolben zum Öffnen und/oder Schließen des Einlassventils angeordnet. Das Eilassventil ist in radialer Richtung zum Verdichtungsraum in den Zylinder eingesetzt und mit einer Zylinderschraube in dem Zylinder gesichert.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Bauraum von Hochdruckpumpen zu verringern.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung eine Hochdruckpumpe zu schaffen, die einen reduzierten Bauraum ermöglicht. Insbesondere ist es die Aufgabe der Erfindung mechanische Deformationen des Einlassventils zu reduzieren und/oder eine Bauteilereduktion zu ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, für ein Kraftfahrzeug, weist ein Pumpengehäuse zur Ausbildung eines Aufnahmeraums für einen Teil einer Verdichtungseinheit und einen mit dem Pumpengehäuse verbundenen Zylinder mit einem Verdichtungsraum für einen Kolben der Verdichtungseinheit auf. Der Zylinder weist einen mit dem Verdichtungsraum kommunizierenden Versorgungskanal auf. Zusätzlich ist ein mit dem Versorgungskanal kommunizierendes Einlassventil vorgesehen, wobei das Einlassventil einen Ventilsitz und einen an dem Ventilsitz anliegbaren Ventilkolben zum Öffnen und/oder Schließen des Einlassventils aufweist. Erfindungsgemäß ist der Ventilsitz des Einlassventils zwischen dem Pumpengehäuse und dem Zylinder verpresst.
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Durch das Verpressen des Ventilsitzes zwischen dem Pumpengehäuse und dem Zylinder wird eine sichere Befestigung des Einlassventils geschaffen, für die eine Zylinderschraube zur Befestigung des Einlassventils nicht erforderlich ist, so dass die Bauteileanzahl und der Bauraumbedarf, insbesondere die Dicke des Zylinders in axialer Richtung des Kolbens der Verdichtungseinheit, reduziert werden kann. Es ist nicht erforderlich die Dicke des Zylinders so groß zu wählen, dass ein Einlassventil vollständig in dem Zylinder angeordnet und mit einer Zylinderschraube mit größeren Durchmesser als das Einlassventil gesichert werden kann. Insbesondere ist es möglich ohne Einfluss auf die Dicke des Zylinders die radiale Erstreckung des Ventilsitzes derart zu wählen, dass Spannungsspitzen im Anlagebereich zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkolben gering gehalten sind, so dass mechanische Deformationen an einer Stelle, die hohe Formgenauigkeit verlangt, vermieden sind. Die Dichtigkeit und die Lebensdauer des Einlassventils sind dadurch erhöht. Durch die fehlende Zylinderschraube ist es nicht erforderlich für die entfallene Zylinderschraube eine Dichtung vorzusehen. Stattdessen ist es möglich das Einlassventil nach innen und außen durch eine Dichtung abzudichten, die zur Abdichtung des Übergangs des Versorgungskanals zwischen dem Pumpengehäuse und dem Zylinder sowieso vorgehen ist. Der Zylinder ist insbesondere mit dem Pumpengehäuse verschraubt, indem beispielsweise Schrauben durch Durchgangslöcher des Zylinders geführt werden und mit Sacklöchern mit Innengewinde verschraubt werden.
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Die Verdichtungseinheit ist insbesondere als Kolbenpumpe ausgestaltet, wobei der Kolbenbeispielsweise auf einem von einer Antriebswelle der Hochdruckpumpe angetriebenen Nocken abgleitet, um die Drehbewegung der Antriebswelle in eine Linearbewegung des Kolbens zu wandeln. Die Verdichtungseinheit kann insbesondere einen Druck von 1.000 bar bis 2.500 bar bereitstellen und den verdichteten Kraftstoff vorzugsweise einem Common-Rail-System zuführen. Das Einlassventil ist insbesondere als Rückschlagventil ausgestaltet, so dass im Verdichtungstakt der Verdichtungseinheit ein Rückstrom von zu verdichtenden Kraftstoff vermieden ist. Der Ventilkolben ist insbesondere mit einer Federkraft auf den Ventilsitz zu beaufschlagt, die derart gewählt ist, dass im Ansaugtakt der Verdichtungseinheit das Einlassventil automatisch öffnet. Mit dem Verdichtungsraum kann ferner ein insbesondere in dem Zylinder vorgesehener Auslasskanal vorgehen sein, in dem ein Auslassventil angeordnet sein kann. Das Auslassventil ist insbesondere als Rückschlagventil ausgestaltet, das zu Beginn des Verdichtungstakts der Verdichtungseinheit insbesondere gegen eine Federkraft bei einem definierten Schwelldruck öffnet.
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Insbesondere ist der Ventilsitz teilweise von dem Zylinder und teilweise von dem Pumpengehäuse aufgenommen. Der Ventilsitz des Einlassventils kann dadurch sowohl von dem Zylinder als auch von dem Pumpengehäuse aufgenommen sein. Dadurch ist es nicht erforderlich, dass von dem Pumpengehäuse in den Zylinder hineinragende Teile oder von dem Zylinder in das Pumpengehäuse hineinragende Teile vorgesehen werden müssen, um den Ventilsitz im Pumpengehäuse oder im Zylinder zu verpressen.
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Vorzugsweise weist der Ventilsitz eine axiale Gesamterstreckung L auf und ragt mit einer axialen Erstreckung l in den Zylinder hinein, wobei 0,01 ≤ l/L ≤ 0,80, insbesondere 0,05 ≤ l/L ≤ 0,60, vorzugsweise 0,10 ≤ l/L ≤ 0,40 und besonders bevorzugt 0,15 ≤ l/L ≤ 0,20 gilt. Dadurch ist es möglich das Einlassventil so weit in dem Pumpengehäuse zu versenken, dass die Dicke des Zylinders in axialer Richtung des Kolbens der Verdichtungseinheit möglichst gering gehalten werden kann. Gleichzeitig ist es möglich das Einlassventil so weit in den Zylinder hineinragen zu lassen, dass ein Totvolumen zwischen dem Einlassventil und dem Verdichtungsraum möglichst klein gehalten werden kann. Der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe ist dadurch erhöht.
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Besonders bevorzugt weisen der Zylinder und/oder das Pumpengehäuse einen Absatz zur axialen Positionierung des Ventilsitzes auf. Durch den Absatz beziehungsweise die Absätze kann die Position des Einlassventils definiert werden und eine geeignete Presspassung für das Verpressen des Ventilsitzes eingestellt werden. Insbesondere kann durch die radiale Erstreckung des jeweiligen Absatzes die Spannung zwischen dem Absatz und dem Ventilsitz eingestellt werden. Insbesondere kann die Kontaktfläche zwischen dem Absatz und dem Ventilsitz derart weit radial außen vorgesehen sein, dass der Kraftfluss zu der Anlagefläche zwischen dem Ventilkolben und dem Ventilsitz beabstandet erfolgt und mechanische Belastungen im Bereich dieser Anlagefläche vermieden oder zumindest reduziert sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Versorgungskanal einen in dem Zylinder im Wesentlichen radial zum Verdichtungsraum verlaufenden Anströmkanal und einen unter einem Winkel zum Anströmkanal verlaufenden mit dem Anströmkanal verbundenen Verbindungskanal auf, wobei das Einlassventil derart in dem Verbindungskanal angeordnet ist, dass der Ventilkolben in einer geöffneten Stellung und/oder in einer geschlossenen Stellung in den Anströmkanal hineinragt. Insbesondere ist der Verbindungskanal sowohl durch das Pumpengehäuse als auch den Zylinder ausgebildet. Dadurch kann ein Totvolumen zwischen dem Einlassventil und dem Verdichtungsraum minimiert werden. Der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe ist dadurch erhöht.
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Vorzugsweise ist zwischen dem Pumpengehäuse und dem Zylinder eine Dichtung zur Abdichtung des Einlassventils vorgesehen. Insbesondere umgreift die Dichtung beabstandet zum Einlassventil das Einlassventil im Wesentlichen ringförmig. Das Einlassventil kann dadurch einfach nach innen und außen abgedichtet sein. Hierzu kann insbesondere ein Dichtungsring („O-Ring”) vorgesehen sein, der beispielsweise in eine entsprechende im Wesentlichen kreisförmige Nut einsetzt sein kann, wobei es ausreichend ist diese Nut nur in dem Pumpengehäuse oder nur in dem Zylinder vorzusehen.
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Besonders bevorzugt bildet der Versorgungskanal im Bereich des Ventilsitzes einen den Ventilsitz umgebenden Ringkanal aus, der in axialer Richtung anströmbar ist. dadurch kann die Kraftstoffanströmung zum Ventilsitz optimiert werden. Dadurch wird der Druckabfall über dem Ventilsitz reduziert, wodurch der volumetrische Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe verbessert wird. Der Ventilsitz weist insbesondere mindestens eine mit dem Ringkanal kommunizierende Öffnung auf, über die der Kraftstoff in eine innere Kammer des Ventilsitzes strömen kann. Von dort kann der Kraftstoff den Ventilkolben insbesondere gegen eine Federkraft von dem Ventilsitz abheben, um das Einlassventil zu öffnen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Ventilkolben und/oder ein Hubanschlag zum Anliegen des Ventilkolbens in der geöffneten Stellung durch eine federbelastete Kugel ausgebildet. Insbesondere sind zwei Kugeln vorgesehen, zwischen denen eine Feder, insbesondere Spiralfeder, angeordnet ist. Dadurch ist es möglich den Ventilkolben und den Hubanschlag durch einfache in Massenfertigung hergestellte Katalogbauteile auszubilden, wodurch die Herstellkosten reduziert werden können.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert. Es zeigen:
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1: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe in einer ersten Ausführungsform,
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2: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe in einer zweiten Ausführungsform,
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3: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe in einer dritten Ausführungsform und
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4: eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe in einer vierten Ausführungsform.
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Die in 1 dargestellte Hochdruckpumpe 10 weist ein Pumpengehäuse 12 und ein mit dem Pumpengehäuse 12 verbundenen Zylinder 14 auf. Das Pumpengehäuse 12 weist einen Aufnahmeraum 16 auf, in dem eine Verdichtungseinheit 18 in Form einer Kolbenpumpe angeordnet ist. Die Verdichtungseinheit 18 weist einen Kolben 20 auf, der Kraftstoff in einem in dem Zylinder 14 ausgebildeten Verdichtungsraum 22 auf bis zu 2.500 bar für ein Common-Rail-System verdichten kann. Der Verdichtungsraum 22 wird über einen Versorgungskanal 24 mit Kraftstoff versorgt. Der Versorgungskanal 24 weist einen im Wesentlichen radial zum Verdichtungsraum 22 verlaufenden Anströmkanal 26 und einen unter einem Winkel, insbesondere rechten Winkel, zum Anströmkanal 26 verlaufenden mit dem Anströmkanal 26 verbundenen Verbindungskanal 28 auf. Der Anströmkanal 26 ist nur durch den Zylinder 14 ausgebildet, während der Verbindungskanal 28 sowohl durch den Zylinder 14 und das Pumpengehäuse 12 ausgebildet ist.
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In dem Verbindungskanal 28 ist ein Einlassventil 30 vorgesehen, das einen Ventilsitz 32 und einen an dem Ventilsitz 32 anliegbaren Ventilkolben 34 zum Öffnen und/oder Schließen des Einlassventils 30 aufweist. Der Ventilsitz 32 ragt sowohl in das Pumpengehäuse 12 und in den Zylinder 14 hinein und ist zwischen Absätzen 36 des Pumpengehäuses 14 und des Zylinders 14 verpresst. Mit Hilfe einer als O-Ring ausgestalteten Dichtung 38, die in einer im Pumpengehäuse 12 vorgesehenen korrespondierenden Nut 40 eingesetzt ist, ist sowohl das Einlassventil 30 als auch der Verbindungskanal 28 nach außen und innen abgedichtet.
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Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 ragt im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 der Ventilsitz 32 so weit in den Zylinder hinein, dass der Ventilkolben 34 in geöffneter und in geschlossener Stellung in den Anströmkanal 26 des Versorgungskanals 24 hineinragt. Ein Totvolumen zwischen dem Einlassventil 30 und dem Verdichtungsraum 22 wird dadurch minimiert ohne dass die Dicke des Zylinders 14 in axialer Richtung des Kolbens 20 erhöht werden muss.
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Bei der in 3 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 bildet im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 das Pumpengehäuse 12 für das Einlassventil 30 einen axial angeströmten Ringkanal 42 aus, der den Ventilsitz 32 radial umschließt. Der Strömungswiderstand des Einlassventils 30 ist dadurch reduziert. Ferner ist in der in 3 dargestellten Ausführungsform die Nut 40 für die Dichtung 38 nicht durch das Pumpengehäuse 12 sondern durch den Zylinder 14 ausgebildet.
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Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 ist im Vergleich zu der in 1 dargestellten Ausführungsform der Hochdruckpumpe 10 der Ventilkolben 34 als einfache Kugel ausgestaltet. Ein Hubanschlag 44, an dem der kugelförmige Ventilkolben 34 in geöffneter Stellung anschlagen kann, ist ebenfalls als Kugel ausgeführt. Der Ventilkolben 34 und der Hubanschlag 44 sind über eine Feder 46 mit einer Federkraft vorgespannt, so dass in geschlossener Stellung des Einlassventils 30 der Ventilkolben 34 gegen den Ventilsitz 32 und der Hubanschlag 44 gegen den Zylinder gedrückt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hochdruckpumpe
- 12
- Einlauf
- 14
- Vordruckpumpe
- 16
- Gehäuse
- 18
- Verdichtereinheit
- 20
- Antriebswelle
- 22
- Zylinderkopf
- 24
- Hochdruckleitung
- 26
- Verbindungsstück
- 28
- Sammelleitung
- 30
- Deckel
- 32
- Vordruckpumpengehäuse
- 34
- Schraube
- 36
- Verbindungsimplantat
- 38
- Sackbohrung
- 40
- Innengewinde
- 42
- Haltearm
- 44
- Haltefläche
- 46
- Haltedorn
- 48
- Haltabsatz
- 50
- Ringanker
- 52
- Befestigungsstelle
