DE102016221497A1

DE102016221497A1 - Hochdruckpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor und Verfahren zum Herstellen dergleichen

Info

Publication number: DE102016221497A1
Application number: DE102016221497.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Fitzner
Original assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Europe Technical Center GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2016-11-02
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US20180119659A1; CN206957840U; US10001099B2; KR101966095B1; KR20180048214A

Abstract

Die Erfindung stellt eine Hochdruckpumpenanordnung für eine Verbrennungsmotor und ein Verfahren zu Herstellen einer solchen. Die Hochdruckpumpenanordnung für den Verbrennungsmotor umfasst eine Hochdruckpumpe mit einer ersten Flansch, eine Pumpenführung mit einer zweiten Flansch, wobei die Hochdruckpumpe zumindest teilweise in der Pumpenführung angeordnet ist und die Pumpenführung in der Verbrennungskammer angeordnet ist und wobei ein erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht zumindest teilweise zwischen der ersten Flansch und der zweiten Flansch angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor und ein Verfahren zum Herstellen solch einer Hochdruckpumpenanordnung. Typische direkte Hochdruckeinspritzung von internen Verbrennungsmotoren erfordert komprimierten Kraftstoff, welcher in so genannten Hochdruckpumpen produzierbar ist. Der Kraftstoffdruck in heutigen Benzinmotoren liegt typischerweise zwischen 200 und 350 bar. Common Rail-Dieselmotoren erreichen heutzutage typische Drücke von 1800 bis zu 3000 bar.
Deshalb wurden beispielsweise Gehäuse für Hochdruckpumpen entwickelt um dem hohen Druck während eines Betriebs der Hochdruckpumpe in der Verbrennungskammer zu begegnen. Besonders in Common Rail-Dieselmotoren sind die Anforderungen an solchen Gehäusen aufgrund der sehr hohen Drucks sehr hoch. Zur Verbesserung der Integration von Hochdruckpumpen in den Verbrennungsmotor beziehungsweise in die Verbrennungskammer sind Unit-Pumpen bekannt. Unit-Pumpen sind mit Öl, insbesondere Motoröl, statt Treibstoff geschmiert.
Aber insbesondere ein Aufheizen des Treibstoffs während eines Betriebs der Hochdruckpumpe ist immer noch eine Herausforderung. Daher werden Anstrengungen unternommen um das Aufheizen von Öl oder Treibstoff zu reduzieren und insbesondere eine Schmierfähigkeit innerhalb der Hochdruckpumpe zu verbessern.
Folglich, besteht ein Bedarf eine Hochdruckpumpenanordnung derart zu entwickeln, dass ein Aufheizen der Hochdruckpumpe reduziert werden kann. Somit besteht ein Bedarf an einer Hochdruckpumpenanordnung, welche insbesondere in der Lage ist das Aufheizen beziehungsweise Treibstoff auf eine einfache und kosteneffiziente Weise zu bewältigen.
US 2013/0213723 A1 betrifft eine Treibstoffpumpenvorrichtung installiert in einem Motorraum eines Fahrzeugs.
Offenbarung der Erfindung
Das obige Problem wird gelöst durch eine Hochdruckpumpenanordnung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren zum Herstellen der Hochdruckpumpenanordnung gemäß Anspruch 8.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Hochdruckpumpenanordnung sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen beansprucht.
Gemäß eines Aspekts der Erfindung umfasst eine Hochdruckpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor eine Hochdruckpumpe mit einer ersten Flansch und eine Pumpenführung mit einer zweiten Flansch, wobei die Hochdruckpumpe zumindest teilweise in die Pumpenführung angeordnet, eingesteckt oder eingeführt ist. Die Pumpenführung ist angeordnet, eingesteckt oder eingeführt in den Verbrennungsmotor beziehungsweise Verbrennungskammer, wobei ein erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht zumindest teilweise zwischen der ersten Flansch und der zweiten Flansch angeordnet ist.
Es ist klar aus dem Zusammenhang, dass die hier beschriebene Hochdruckpumpenanordnung beispielsweise in einen Motorraum eines Fahrzeugs integrierbar oder installierbar ist. Die Hochdruckpumpe kann ein Pumpenelement und ein Pumpenaggregat umfassen, wobei das Pumpenaggregat zumindest teilweise in die Pumpenführung angeordnet, eingesteckt oder eingeführt werden kann, und wobei das Pumpenelement im Wesentlichen außerhalb der Pumpenführung verbleibt.
Die Idee der vorliegenden Erfindung ist insbesondere ein thermisch isolierendes Material und/oder Schicht bereitzustellen, um die Hochdruckpumpe und ihre entsprechenden Komponenten, zum Beispiel das Pumpenaggregat und das Pumpenelement, von dem Verbrennungsmotor während des Betriebs thermisch zu isolieren oder thermisch zu entkoppeln. Mit anderen Worten kann die Hochdruckpumpenanordnung ein Aufheizen des Kraftstoffs reduzieren oder im Wesentlichen verhindern. Hierdurch ist die Hochdruckpumpenanordnung, insbesondere die Hochdruckpumpe, unter reduzierter Temperatur sowie reduziertem Aufheizen eines allgemeinen Übertragungsmittels oder Schmierstoffs, zum Beispiel Motoröl, betreibbar.
Vor allem in Common Rail Dieselmotoren kann die geforderte Schmierfähigkeit für eine ordnungsgemäße Funktion der Hochdruckpumpe somit einfach durch die hier beschriebene Hochdruckpumpenanordnung bereitstellbar sein. Ferner weist der komprimierte Kraftstoff eine niedrigere Temperatur während des Betriebs auf. Dies hat zur Folge, dass die entsprechenden Komponenten der Hochdruckpumpenanordnung eine verbesserte Belastbarkeit aufweisen. Zusätzlich kann eine Kraftstoffalterung durch geringere Oxidation erreichbar sein, da die Temperatur des Kraftstoffs reduziert werden kann, das in einer erhöhten Stabilität eines Einspritzventils resultiert. Dies kann insbesondere zu einer geringeren Kavitätsneigung beispielsweise innerhalb Komponenten eines Einspritz-Seroventils - auch Mikro-Verbrennung genannt - resultieren.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckpumpenanordnung bereitgestellt. Im Verfahrensschritt A wird eine Hochdruckpumpe mit einer ersten Flansch derart in eine Pumpenführung mit einer zweiten Flansch angeordnet, dass das erste thermisch isolierende Material und/oder Schicht zumindest teilweise zwischen der ersten Flansch und der zweiten Flansch angeordnet ist.
Im Verfahrensschritt B wird die Pumpenführung mit der zweiten Flansch in dem Verbrennungsmotor angeordnet.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Hochdruckpumpe einen Stößel und der Stößel ist zumindest teilweise innerhalb der Pumpenführung bewegbar. Der Stößel kann sich somit mittels der Pumpenführung führen lassen. Ferner interagiert der Stößel oder vielmehr ein Rollenstößel des Stößels mit einer Nockenwelle, wobei die Nockenwelle in eine Maschinenmechanik des Verbrennungsmotors integriert ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein zweites thermisch isolierendes Material und/oder Schicht zumindest teilweise zwischen der zweiten Flansch und dem Verbrennungsmotor bzw. Verbrennungsmotorblock angeordnet. Durch Anordnen des zweiten thermisch isolierenden Materials und/oder Schicht zwischen der zweiten Flansch und dem Verbrennungsmotor kann einfach eine zusätzliche thermische Isolierung oder thermische Entkopplung von dem Verbrennungsmotor realisierbar sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen Oberflächen des Stößels zumindest teilweise ein drittes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht. Somit sind bewegbare Teile, insbesondere der Stößel und das Pumpenaggregat der Hochdruckpumpe voneinander thermisch entkoppelt und eine Wärmeübertragung zwischen den bewegbaren Teilen kann reduziert oder verhindert werden. Zusätzlich kann bei Verwenden entsprechender Materialien eine Reibungsminderung zwischen den entsprechenden Komponenten realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen eine Innenfläche der Pumpenführung zumindest teilweise ein viertes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht. Somit lässt sich die Pumpenführung, welche in dem Verbrennungsmotor angeordnet, eingesteckt oder eingeführt ist, zusätzlich thermisch von der Temperatur des Verbrennungsmotors während des Betriebs isolieren. Zusätzlich kann eine weitere Reibungsminderung zwischen der Innenfläche der Pumpenführung und dem Stößel realisiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen das erste thermisch isolierende Material und/oder Schicht und das zweite thermisch isolierende Material und/oder Schicht Gummischichten. Durch ein Verwenden von Gummischichten oder Kunststoffmaterial können zusätzlich Dämpfungsqualitäten neben der thermischen Isolierung einfach realisierbar sein. Alternativ können Materialien des ersten und zweiten thermisch isolierenden Materials und/oder Schichten voneinander verschieden sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen das dritte thermisch isolierende Material und/oder Schicht und das vierte thermisch isolierende Material und/oder Schicht keramische Materialien und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff. Keramische Materialien sowie diamantähnlicher Kohlenstoff weisen einen zweiten Effekt durch sehr geringe Reibung auf. Somit ist es möglich, die CO2-Emission eines Antriebsstrangs, Triebwerks eines Fahrzeugs zu reduzieren. Alternativ sind Materialien des dritten und vierten thermisch isolierenden Materials und/oder Schichten voneinander unterschiedlich.
Wie es einer weiteren Ausführungsform zu entnehmen ist, ist das zweite thermisch isolierende Material und/oder Schicht zumindest teilweise zwischen der zweiten Flansch und dem Verbrennungsmotor angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine Innenfläche der Pumpenführung zumindest teilweise mit einem vierten thermisch isolierenden Material und/oder Schicht beschichtet.
Die hier beschriebenen Merkmale für die Hochdruckpumpenanordnung sind ebenfalls offenbart für das Verfahren zum Herstellen der Hochdruckpumpenanordnung sowie umgekehrt.
Kurze Beschreibung der Figuren

1 schematische Explosionsdarstellung einer Hochdruckpumpenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 schematische Explosionsdarstellung einer Hochdruckpumpenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
Die schematische Explosionsdarstellung wurde für ein besseres Verständnis dieser Erfindung gewählt. Es ist klar vom Kontext der hier beschriebenen Komponenten der Hochdruckpumpenanordnung, dass diese wie oben beschrieben zueinander angeordnet sind.
1 illustriert eine schematische Explosionsdarstellung einer Hochdruckpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Bezugszeichen 100 betrifft die Hochdruckpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor. Die Hochdruckpumpenanordnung 100 umfasst eine Hochdruckpumpe 10 mit einer Flansch 11, einem Pumpenaggregat 12 und einem Pumpenelement 13. Das Pumpenelement 13 verbleibt im Wesentlichen außerhalb einer Pumpenführung 20, wobei das Pumpenaggregat 12 der Hochdruckpumpe 10 zumindest teilweise in der Pumpenführung 20 angeordnet, eingesteckt oder eingeführt ist. Mit anderen Worten, sind die Flansch 11 der Hochdruckpumpe 10 und die zweite Flansch 21 der Pumpenführung 20 mechanisch, insbesondere ausschließlich mechanisch, miteinander verbunden. Zwischen der ersten Flansch 11 und der zweiten Flansch 21 ist ein erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht 1 derart angeordnet, dass das Pumpenelement im Wesentlichen thermisch isoliert von der Flansch 21 der Pumpenführung 20 ist, wobei die Pumpenführung 20 in dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Die zweite Flansch 21 ist insbesondere mit einer Außenfläche 31 des Verbrennungsmotors 30 in direktem Kontakt.
Wie in 1 gezeigt, sind der Verbrennungsmotor 30 mit seiner Außenfläche 31, die Pumpenführung 20 mit ihrer zweiten Flansch 21 und die Hochdruckpumpe 10 mit ihrer ersten Flansch 11 miteinander verbunden, insbesondere ausschließlich zueinander verbunden, wobei das Pumpenaggregat 12 in der Pumpenführung 20 angeordnet ist.
Wie in 1 gezeigt, kann die Hochdruckpumpenanordnung ferner einen Stößel 35 umfassen, wobei der Stößel 35 zumindest teilweise innerhalb der Pumpenführung 20 bewegbar ist. Ferner wechselwirkt der Stößel 35 oder vielmehr ein Rollenstößel des Stößels 35 mit einer Nockenwelle 7, wobei die Nockenwelle 7 in einer Motormechanik des Verbrennungsmotors 30 integriert ist. Entsprechende Flächen 37 Stößels 35 umfassen zumindest teilweise ein drittes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht 3. Somit sind bewegbare Teile, insbesondere der Stößel 35 und das Pumpenaggregat 12 der Hochdruckpumpe 10 voneinander thermisch entkoppelt und eine Wärmeübertragung zwischen den bewegbaren Teilen kann reduziert oder verhindert werden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst eine Innenfläche 25 der Pumpenführung zumindest teilweise ein viertes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht 4. Somit kann die Pumpenführung 20, welche in dem Verbrennungsmotor 30 angeordnet, eingesteckt oder eingeführt ist, zusätzlich von der Temperatur des Verbrennungsmotors 30 während des Betriebs thermisch isoliert werden. Zusätzlich kann eine Reibungsminderung zwischen der Innenfläche 25 der Pumpenführung 20 und dem Stößel 35 realisiert werden.
2 illustriert eine schematische Explosionsansicht einer Hochdruckpumpenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
2 basiert im Wesentlichen auf 1 mit dem Unterschied, das zusätzlich ein zweites thermisch isolierendes Material und/oder Schicht 2 zumindest teilweise zwischen der zweiten Flansch 21 der Pumpenführung 20 und der Außenfläche 31 des Verbrennungsmotorblocks 30 angeordnet ist.
Obwohl die hier beschriebene Hochdruckpumpenanordnung in Verbindung mit Automobilen beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar und eindeutig verständlich, dass die hier beschriebene Hochdruckpumpenanordnung auf verschiedene Objekte, welche einen Verbrennungsmotor aufweisen, angewendet werden kann.
Bezugszeichenliste

100: Hochdruckpumpenanordnung
1: erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht
2: zweites thermisch isolierendes Material und/oder Schicht
3: drittes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht
4: viertes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht
7: Nockenwelle
10: Hochdruckpumpe
11: erste Flansch
20: Pumpenführung
21: zweite Flansch
25: Innenfläche der Pumpenführung
30: Verbrennungsmotor
31: Außenfläche des Verbrennungsmotors
35: Stößel/Rollenstößel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2013/0213723 A1 [0005]

Claims

Hochdruckpumpenanordnung (100) für einen Verbrennungsmotor (30) umfassend: eine Hochdruckpumpe (10) mit einer ersten Flansch (11); eine Pumpenführung (20) mit einer zweiten Flansch (21), wobei die Hochdruckpumpe (10) zumindest teilweise in der Pumpenführung (20) angeordnet ist; und wobei die Pumpenführung (20) in dem Verbrennungsmotor (30) angeordnet ist; und wobei ein erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (1) zumindest teilweise zwischen der ersten Flansch (11) und der zweiten Flansch (21) angeordnet ist.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Hochdruckpumpe (10) einen Stößel (35) umfasst und der Stößel (35) zumindest teilweise innerhalb der Pumpenführung (20) bewegbar ist.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein zweites thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (2) zumindest teilweise zwischen der zweiten Flansch (21) und dem Verbrennungsmotor (30) angeordnet ist.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Oberflächen des Stößels (35) zumindest teilweise ein drittes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (3) umfassen.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Innenfläche (25) der Pumpenführung (20) zumindest teilweise ein viertes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (4) umfassen.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste thermisch isolierende Material und/oder Schicht (1) und das zweite thermisch isolierende Material und/oder Schicht (2) Gummischichten umfassen.
Hochdruckpumpenanordnung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dritte thermisch isolierende Material und/oder Schicht (3) und das vierte thermisch isolierende Material und/oder Schicht (4) keramische Materialien und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff umfassen.
Verfahren zum Herstellen einer Hochdruckpumpenanordnung (100) für einen Verbrennungsmotor mit den Schritten: A) Anordnen einer Hochdruckpumpe (10) mit einer ersten Flansch (11) in eine Pumpenführung (20) mit einer zweiten Flansch (21) derart, dass ein erstes thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (1) zumindest teilweise zwischen der ersten Flansch (11) und der zweiten Flansch (12) angeordnet ist; B) Anordnen der Pumpenführung (20) mit der zweiten Flansch (21) in den Verbrennungsmotor (30).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei ein zweites thermisch isolierendes Material und/oder Schicht (2) zumindest teilweise zwischen der zweiten Flansch (21) der Pumpenführung (20) und dem Verbrennungsmotor (30) angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei eine innere Fläche (25) der Pumpenführung (20) zumindest teilweise mit einem vierten thermisch isolierenden Material und/oder Schicht (4) beschichtet wird.