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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, aufweisend ein Pumpengehäuse, an dem ein einen Pumpenzylinder aufweisender Pumpenzylinderkopf angeordnet ist, wobei in einer Pumpenzylinderführung des Pumpenzylinders ein Pumpenstößel angeordnet ist, der mit einem fluidbefüllbaren Pumpenarbeitsraum und einem in dem Pumpengehäuse angeordneten fluidbefüllbaren Triebwerksraum zusammenwirkt, und wobei der Pumpenarbeitsraum über ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil mit dem Triebwerksraum fluidverbindbar ist und die Fluidführung der Hochdruckpumpe einen Fluiddämpfer aufweist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist aus der
DE 10 2013 207 393 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine. Diese Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, an dem ein einen Pumpenzylinder aufweisender Pumpenzylinderkopf angeordnet ist, wobei in einer Pumpenzylinderführung des Pumpenzylinders ein Pumpenstößel zur Förderung des Kraftstoffs angeordnet ist. Dazu ist angrenzend an die Pumpenzylinderführung ein Pumpenarbeitsraum angeordnet, dem über ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil aus einem Triebwerksraum der Hochdruckpumpe Kraftstoff zuführbar ist. Weiterhin weist die Hochdruckpumpe einen Fluiddämpfer auf, der außerhalb der Hochdruckpumpe an dem Pumpengehäuse im Bereich eines Zulaufs für Kraftstoff angeordnet ist. Der Fluiddämpfer ist in einen Gehäusemantel eingebaut, der außen an dem Pumpengehäuse befestigt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, die hinsichtlich einer Dämpfung von Druckschwankungen beziehungsweise Druckpulsationen des zu fördernden Fluids verbessert ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Fluiddämpfer in eine in das Pumpengehäuse eingelassene Dämpferkammer eingesetzt ist. Dieser Ausgestaltung liegt zunächst einmal die Erkenntnis zugrunde, dass Druckschwankungen oder Druckpulsationen im Bereich der Hochdruckpumpe zu einer Kavitation und/oder einem Schmierfilmabriss zwischen Komponenten der Hochdruckpumpe führen können. Zudem können im Bereich von einer mit der Hochdruckpumpe zusammenwirkenden Peripherie, insbesondere Fluidleitungen mit daran verbauten Komponenten, Schwingungen auftreten, die Geräusche verursachen. Schlimmstenfalls können die Leitungen beziehungsweise darin verbaute Komponenten, wie beispielsweise Filter, beschädigt oder zerstört werden. Der bisher bekannte und praktizierte Anbau eines Fluiddämpfers in einer Zuleitung zu der Hochdruckpumpe oder außen an der Hochdruckpumpe stellt einen hohen Bauaufwand dar, der zudem störanfällig sein kann. Zudem wird beispielsweise durch einen äußeren Anbau des Fluiddämpfers an der Hochdruckpumpe deren Platzbedarf vergrößert. Diese zuvor beschriebenen Nachteile werden durch den erfindungsgemäß vorgesehen Einbau des Fluiddämpfers in eine Dämpferkammer, die in das Pumpengehäuse integriert ist, vermieden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der Fluiddämpfer eine Membran. Diese Membran ist ringförmig beziehungsweise zylinderförmig ausgebildet und weist zwei gegenüberliegende ringförmige Stirnflächen auf, die eine innere Membrankammer einschließen und gegeneinander bewegbar sind. Eine solche Membran ist grundsätzlich bekannt und kann beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Die Membrankammer ist also zwischen den beiden gegenüberliegenden Stirnflächen ausgebildet und beispielsweise mit einem Gas gefüllt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Membran beidseitig von dem in der Dämpferkammer herrschenden Fluiddruck beaufschlagt. Dadurch ist ein ideales Arbeiten der Membran ermöglicht, indem die Druckverläufe beidseits der Membran synchron sind. Mit anderen Worten sind die Druckverläufe des Mediums beidseits der Membran beziehungsweise deren Membranoberflächen gleich und es gilt p1(t) = p2(t). Durch den erfindungsgemäßen Einbau der Membran und die Zuführung des Fluids Kraftstoffs durch einen Zulaufkanal unterhalb der Membran werden die Stirnflächen in Längsrichtung beziehungsweise parallel zu den Stirnflächen druckbeaufschlagt. Dadurch wird die Funktion und auch Haltbarkeit der Membran positiv beeinflusst.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung mündet ein Zulaufanschluss direkt oder über einen Zuführkanal in den Triebwerksraum und die damit direkt verbundene Dämpferkammer ein. Durch diese Ausgestaltung ist die Anbauposition des Fluiddämpfers beziehungsweise der Membran an dem Ursprung der Druckschwankungen beziehungsweise Druckpulsationen so nah wie möglich zugeordnet.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zumindest zwei Membranen in der Dämpferkammer angeordnet. Diese Ausgestaltung lässt sich durch die in das Pumpengehäuse eingelassene Dämpferkammer leicht realisieren, wobei die Anordnung in Bezug zu dem Zulaufanschluss – wie ausgeführt – so ausgerichtet ist, dass die Membran längs zu der Pulsationsausbreitungsrichtung und nicht wie bisher quer dazu angeordnet ist. Dadurch ist die auf die Membran einwirkende Belastung reduziert. Demzufolge ist die Lebensdauer der so verbauten Membran erhöht, wodurch auch die Lebensdauer der Hochdruckpumpe beziehungsweise ein Wartungsintervall der Hochdruckpumpe erhöht oder verlängert ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Dämpferkammer zwischen dem Triebwerksraum und einer Stößelraumanbindung beziehungsweise dem Stößelraum unterhalb des Pumpenzylinderkopfs angeordnet. Dadurch erfolgt eine Dämpfung direkt an den beiden Hauptpulsationsquellen, die von der Hochdruckpumpe ausgelöst werden. Weiterhin ist die Dämpferkammer direkt neben einem Zulaufanschluss und einem Rücklaufanschluss angeordnet. Dies wirkt sich positiv auf den Zulauf und Rücklauf des Fluid hinsichtlich einer Dämpfung von in diese eingetragenen Pulsationen aus.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zumindest eine Membran in einen Membranhalter einsetzbar, der in die Dämpferkammer einbaubar ist. Dies ist eine bevorzugte Ausgestaltungsform, die eine problemlose Montage der zumindest einen Membran in der Dämpferkammer ermöglicht. Dabei ist auch möglich, für unterschiedliche Anwendungen verschieden ausgebildete Membranen in einer immer gleich ausgebildeten Dämpferkammer an einer Hochdruckpumpe zu verbauen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Dämpferkammer eine von einem Kammerdeckel abdeckbare Montageöffnung auf. Diese Montageöffnung ist so an der Hochdruckpumpe angeordnet, dass diese auch bei einer vollständig mit Anbauteilen ausgestatteten Hochdruckpumpe erreichbar ist. Dadurch kann ohne eine Demontage der Hochdruckpumpe die Dämpferkammer erreicht werden. Der Kammerdeckel ist beispielsweise mit dem Pumpengehäuse unter Einfügung eines Dichtrings verschraubbar.
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In einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Triebwerksraum mit der Dämpferkammer verbunden und beide sind über Verbindungskanäle mit einem Stößelraum unterhalb des Pumpenzylinderkopfs verbunden. Diese Ausgestaltung ist konstruktiv und fertigungstechnisch günstig umsetzbar und bietet darüber hinaus den Vorteil, dass durch die direkte Aneinanderbindung der Komponenten Vorteile hinsichtlich der Dämpfung von Druckschwankungen beziehungsweise Druckpulsationen des zu fördernden Fluids erreicht werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstoffeinspritzsystem beispielsweise als Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem ausgelegt ist und zur Einspritzung von Kraftstoff, beispielsweise Dieselkraftstoff oder Benzin in einen Brennraum der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Gesamtansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Hochdruckpumpe,
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2 einen Querschnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß 1,
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3 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Hochdruckpumpe gemäß 1,
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4 eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckpumpe ähnlich 1 mit einer Explosionsdarstellung der Komponenten einer Fluiddämpfungseinrichtung,
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5 eine Schnittdarstellung eines Pumpengehäuses einer Hochdruckpumpe gemäß 1,
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6a eine Darstellung einer bisher praktizierten Druckbeaufschlagung einer Membran und
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6b eine durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung realisierte Druckbeaufschlagung einer Membran.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Hochdruckpumpe, die als Kraftstoffhochdruckpumpe 1 eines Kraftstoffeinspritzsystems ausgestaltet ist. Das Kraftstoffeinspritzsystem ist an einer Brennkraftmaschine verbaut und die Kraftstoffhochdruckpumpe fördert von einem Kraftstoffniederdrucksystem zugeführten Kraftstoff mit einem Förderdruck von beispielsweise bis zu 3.000 bar in einen mit der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 über eine Hochdruckleitung verbundenen Hochdruckspeicher, aus dem der dort gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur gesteuerten Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen wird. Der Kraftstoff ist beispielsweise Dieselkraftstoff und die Brennkraftmaschine eine selbstzündende Brennkraftmaschine.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse 2 auf, an dem ein einen Pumpenzylinder 3 (siehe auch 2) aufweisender Pumpenzylinderkopf 4 montiert ist. Der Pumpenzylinderkopf 4 weist einen Hochdruckanschluss 5 zur Verbindung mit der Hochdruckleitung auf. Weiterhin ist in den Pumpenzylinderkopf 4 ein elektrisch betätigtes Saugventil 6 eingebaut, auf das unter Bezugnahme auf 2 nachfolgend noch eingegangen wird. Das Saugventil 6 weist einen Anschlussstecker 7 zur elektrischen Verbindung mit einer elektronischen Steuereinrichtung auf.
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In dem Pumpengehäuse 2 ist ein aus 2 ersichtlicher Triebwerksraum 8 eingelassen, in dem eine einen Doppelnocken 9 aufweisende Nockenwelle 10 drehbar gelagert ist. Zum Einbau der Nockenwelle 10 in das Pumpengehäuse 2 ist der Triebwerksraum 8 von einem Pumpengehäusedeckel 11 zur Umgebung verschlossen, durch den ein Antriebskonus 12 der Nockenwelle 10 hindurch ragt. Auf den Antriebskonus 12 ist beispielsweise ein Antriebszahnrad drehfest aufgesetzt, das von einer Antriebswelle beispielsweise der Brennkraftmaschine beim Betrieb derselben in eine Drehbewegung versetzt wird. Das Pumpengehäuse 2 weist weiterhin einen Zulaufanschluss 13 und einen Rücklaufanschluss 14 auf. Der Zulaufanschluss 13 ist beispielsweise über einen druckfesten Zulaufschlauch mit dem Kraftstoffniederdrucksystem verbunden, während der Rücklaufanschluss 14 über einen Rücklaufschlauch beispielsweise mit einem Kraftstofftank verbunden ist. Seitlich insbesondere neben dem Zulaufanschluss 13 und auch dem Rücklaufanschluss 14 ist ein Kammerdeckel 15 unter Einfügung eines Dichtrings 16 (2) beispielsweise mittels drei Schrauben 17 verschraubt. Der Kammerdeckel 15 verschließt eine ebenfalls nachfolgend noch erläuterte Montageöffnung 18 einer Dämpferkammer 19.
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2 zeigt einen Längsschnitt durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 gemäß 1, wobei aus dieser Darstellung ersichtlich ist, dass der Pumpenzylinder 3 des Pumpenzylinderkopfs 4 in einen Stößelraum 20 in dem Pumpengehäuse 2 hineinragt. In den zylinderförmig ausgebildeten Stößelraum 20 ist ein Rollenstößel 21 eingesetzt, der mit einer Laufrolle 22 auf dem in dem Triebwerksraum 8 angeordneten Doppelnocken 9 der Nockenwelle 10 bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 10 abrollt und somit den Rollenstößel 21 in dem Stößelraum 20 translatorisch auf und ab bewegt. Damit der Rollenstößel 21 mit der Laufrolle 22 in dauerndem Kontakt mit dem Doppelnocken 9 der Nockenwelle 10 steht, ist in dem Stößelraum 20 eine Stößelfeder 23 angeordnet, die zwischen dem Pumpenzylinderkopf 4 und einer Haltescheibe 24, die innerhalb des Rollenstößels 21 angeordnet ist, eingespannt ist. Die Haltescheibe 24 liegt auf einer inneren Ringanlagefläche 25 des Rollenstößels 21 auf und hält gleichzeitig einen Pumpenstößel 26, der in einer in dem Pumpenzylinder 3 eingelassenen Pumpenzylinderführung 27 translatorisch bewegbar ist, mit einem Pumpenstößelfuß 28 gegen einen Laufrollenhalter 29 des Rollenstößels 21.
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Der Zulaufanschluss 13 (siehe auch 3) ist über einen Zulaufkanal 30 (siehe auch 5) mit dem Triebwerksraum 8 verbunden. Der Triebwerksraum 8 ist seinerseits mit der Dämpferkammer 19 verbunden und beide sind über Verbindungskanäle 31a, 31b mit dem Stößelraum 20 unterhalb des Pumpenzylinderkopfs 4 verbunden. Der Verbindungskanal 31a weist einen Fortsatz 32 (2) auf, der in einer Anlagefläche 33 des Pumpengehäuses 2 zur Anlage des Pumpenzylinderkopfs 4 mündet. Der Fortsatz 32 setzt sich in einem Zuführkanal 34 fort, der in den Pumpenzylinderkopf 4 eingelassen ist und mit dem elektromagnetisch betätigten Saugventil 6 in Verbindung steht. Das elektromagnetisch betätigte Saugventil 6 weist ein von diesem betätigtes Einlassventil 35 auf, das im geöffneten Zustand den Zuführkanal 34 mit einem Pumpenarbeitsraum 36, der in Verlängerung der Pumpenzylinderführung 27 oberhalb des Pumpenstößels 26 in dem Pumpenzylinderkopf 4 angeordnet ist, verbindet. Folglich wird bei geöffnetem Einlassventil 35 bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenstößels 26 über den Zulaufanschluss 13 zugeführter Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 36 eingeführt und bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenstößels 26 auf dem gleichen Weg bei geöffnetem Einlassventil 35 zurück in das Kraftstoffniederdrucksystem zurückgedrängt. Wird dann das Einlassventil 35 durch einen Schaltvorgang des elektromagnetisch betätigten Saugventils 6 geschlossen, baut sich in dem Pumpenarbeitsraum 36 ein Druck auf und der in dem Pumpenarbeitsraum 36 befindliche Kraftstoff wird über ein Rückschlagventil 37 in den Hochdruckanschluss 5 gefördert. In 5 ist weiterhin ein Rücklaufkanal 43 dargestellt, der mit dem Rücklaufanschluss 14 verbunden ist und beispielsweise durch in dem Pumpengehäuse 2 und dem Pumpengehäusedeckel 11 angeordnete Lager zur Lagerung der Nockenwelle 10 zur Kühlung und Schmierung hindurchgeführten Kraftstoff wieder zurück in das Niederdrucksystem beziehungsweise den Tank zurückführt.
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Durch die zuvor beschriebene bestimmungsgemäße Funktion der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 und auch hervorgerufen durch das Kraftstoffniederdrucksystem entstehen in der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 Druckpulsationen, die zu dämpfen sind. Hierzu ist in die Dämpferkammer 19 eine Fluiddämpfungseinrichtung eingebaut, die unter Bezugnahme auf die 2, 3 und 4 nachfolgend erläutert wird. Die Fluiddämpfungseinrichtung weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Membranen 38a, 38b auf, die unter Einfügung einer Membranfeder 39, die beispielsweise aus Federstahl gefertigt ist, in einen vorzugsweise als Stanzbiegeteil ausgebildeten Membranhalter 40 eingesetzt sind. Der so vormontierte Membranhalter 40 wird ausweislich der 4 über die Montageöffnung 18 in die Dämpferkammer 19 eingeführt und anschließend wird der Kammerdeckel 15 mittels der Schrauben 17 mit dem Pumpengehäuse 2 unter Einfügung des Dichtrings 16 verschraubt. Die Membranen 38a, 38b sind ringförmig beziehungsweise zylinderförmig ausgebildet und weisen eine innenliegende Membrankammer 41 auf, die mediumsgefüllt, beispielsweise mit einem kompressiblen Gas, gefüllt ist. Wirkt auf die beiden gegenüberliegenden ringförmigen Stirnflächen 42 der beiden Membranen 38a, 38b jeweils eine Kraft ein, werden die beiden Stirnflächen 42 nach innen in die Membrankammer 41 verformt. Dieser Effekt wird zur Dämpfung der in der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 herrschenden Druckschwankungen beziehungsweise Druckpulsationen genutzt. Durch den zuvor beschriebenen Einbau der Membranen 38a, 38b und die Zuführung des Kraftstoffs durch den Zulaufkanal 30 unterhalb der Membranen 38a, 38b werden diese wie in 6b dargestellt in Längsrichtung (parallel zu den Stirnflächen 42) druckbeaufschlagt und nicht wie bei einer herkömmlichen Membran in Querrichtung (frontal auf eine Stirnfläche 42), wie dies in 6a wiedergegeben ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013207393 A1 [0002]
