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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Eine Hochdruckpumpe, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem, dient der Förderung von Kraftstoff auf Hochdruck. Hierzu weist eine Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement mit einem Hochdruckelementraum auf, in dem der Kraftstoff komprimiert und anschließend über einen Hochdruckabgang einem Hochdruckspeicher, dem so genannten Rail, zugeführt wird. Die Befüllung des Hochdruckelementraums erfolgt in der Regel über ein Saugventil, das als mechanisches Saugventil oder als elektromagnetisch betätigbares Saugventil ausgebildet sein kann. Ist Letzteres der Fall, ist eine dem Saugventil vorgeschaltete Zumesseinheit entbehrlich, da die Mengenzumessung über das Saugventil selbst erfolgen kann.
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Das Saugventil kann ferner an die Hochdruckpumpe angebaut oder in diese integriert sein.
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Eine Hochdruckpumpe mit integriertem Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 210 107 A1 hervor. Das hierin beschriebene Saugventil umfasst ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied, das in einer Bohrung eines Gehäuseteils der Hochdruckpumpe hubbeweglich aufgenommen und über eine Führungshülse geführt ist. Der Ventilsitz kann dabei durch das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet werden, so dass eine separate Ventilplatte, in welcher üblicherweise der Ventilsitz ausgebildet ist, entbehrlich ist. Mit Wegfall der Ventilplatte fallen auch die Zulaufbohrungen weg, über welche - bei geöffnetem Saugventil - der Kraftstoff in Richtung des Ventilsitzes strömt. Der Zulauf erfolgt daher bei dem in der Offenlegungsschrift beschriebenen Saugventil über Ausnehmungen in der Führungshülse.
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Im zulaufenden Kraftstoff sind oftmals Partikel enthalten, die zu Fehlfunktionen des Saugventils sowie weiterer nachgeschalteter Ventile, wie beispielsweise eines ebenfalls im Gehäuseteil der Hochdruckpumpe angeordneten Hochdruckventils und/oder eines an einem Hochdruckspeicher vorgesehenen Druckregelventils, führen können. Daher gilt es derartige Partikel zu entfernen, bevor sie in das Saugventil gelangen. Aus dem Stand der Technik sind Saugventile bekannt, die ein die Ventilplatte umgebendes ringförmiges Siebelement umfassen. Ein solches Saugventil geht beispielhaft aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2008 042 617 A1 hervor. Dies setzt jedoch voraus, dass eine Ventilplatte vorhanden ist.
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Ist dem Saugventil eine Zumesseinheit vorgeschaltet, kann diese mit einem Siebelement ausgestattet sein, so dass ein weiteres Siebelement am Saugventil entfallen kann. Ist eine solche Zumesseinheit jedoch nicht vorgesehen, da es sich beispielsweise um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handelt, müssen die schädlichen Partikel auf andere Weise entfernt werden. Werden keine Maßnahmen diesbezüglich getroffen, kann dies nicht nur zu Funktionsstörungen des Saugventils sowie weiterer Ventile führen, sondern darüber den Ausfall der Pumpe zur Folge haben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Hochdruckpumpe - insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem - mit einem integrierten Saugventil anzugeben, bei der das Risiko eines Pumpenausfalls aufgrund im Kraftstoff enthaltener Partikel deutlich minimiert ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorzugsweise für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, vorgeschlagene Hochdruckpumpe umfasst ein Gehäuseteil mit einer Zylinderbohrung, in der ein Hochdruckelementraum ausgebildet ist. In das Gehäuseteil ist zur Befüllung des Hochdruckelementraums mit Kraftstoff ein Saugventil integriert, das einen hubbeweglichen und von der Federkraft einer Schließfeder belasteten Ventilstößel umfasst, der mit einem im Gehäuseteil ausgebildeten Ventilsitz zusammenwirkt. Erfindungsgemäß ist im Gehäuseteil, vorzugsweise konzentrisch zum Ventilsitz, ein als Zulauf für das Saugventil dienender, vorzugsweise ringförmiger, Niederdruckraum ausgebildet, in welchem ein - ebenfalls vorzugsweise ringförmiges - Siebelement aufgenommen und gegen das Gehäuseteil vorgespannt ist, indem das Siebelement an eine korrespondierende Anlagefläche des Gehäuseteils unter Vorspannung zur Anlage kommt.
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Die Anordnung des Siebelements im Niederdruckraum, d.h. im Zulaufbereich des Saugventils, gewährleistet, dass etwaige im Kraftstoff enthaltene Partikel nicht in den Bereich des Ventilsitzes gelangen und zu Funktionsstörungen des Saugventils führen. Damit ist auch das Ausfallrisiko der Hochdruckpumpe reduziert. Da das Saugventil über das im Niederdruckraum aufgenommene Siebelement geschützt ist, kommt es nicht darauf an, ob dem Saugventil eine mit einem Sieb ausgestattete Zumesseinheit vorgeschaltet ist. Bei dem Saugventil kann es sich demnach sowohl um ein mechanisches Saugventil, als auch um ein elektromagnetisch betätigbares Saugventil handeln.
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Die vorzugsweise radiale Vorspannung des Siebelements gegen das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe wirkt Mikrobewegungen des Siebelements gegenüber dem Gehäuseteil entgegen. Denn das Siebelement ist über das Gehäuseteil zumindest in radialer Richtung lagefixiert. Auf diese Weise wird der Verschleiß des Siebelements im Kontaktbereich mit dem Gehäuseteil minimiert. Das heißt, dass über die Dauer auch kein verschleißbedingtes radiales Spiel zwischen dem Siebelement und dem Gehäuseteil zu befürchten ist, über welches im Kraftstoff enthaltene Partikel in das Saugventil gelangen könnten. Folglich wird über die radiale Vorspannung des Siebelements ferner die Gefahr eines partikelbedingten Pumpenausfalls minimiert.
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Die erfindungsgemäß zum vorgenannten Zweck vorgesehenen Mittel zur Erzeugung einer Vorspannung können beispielsweise als eine Materialanformung des Siebelements, eine Federeinlage und/oder einen Federring ausgeführt sein. Als Materialanformung kann eine im Längsschnitt gesehene Erhebung in Richtung Anlagefläche des Gehäuseteils dienen, die sich in einfacher Weise spritzgießtechnisch am Siebelement anformen lässt. Durch elastische Materialeigenschaften des zumindest teilweise aus Kunststoff oder einem Elastomer bestehenden Siebelements ergibt sich durch elastische Verformung bei der Montage am Gehäuseteil die gewünschte Vorspannung. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorspannung auch durch ein im Siebelement vorzugsweise ringförmig integriertes Siebgewebe oder dergleichen hergestellt werden, das insoweit als funktionsintegrierte Federeinlage dient. Ferner ist es auch denkbar einen herkömmlichen Federring zur Erzeugung der Vorspannung zu verwenden, der in außenliegend am Siebelement montierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der vorzugsweise ringförmige Niederdruckraum radial innen von einer zentralen Kuppel des Gehäuseteils begrenzt und das im Niederdruckraum aufgenommene Siebelement ist gegen die Kuppel radial vorgespannt. Als Kuppel wird im Sinne der vorliegenden Anmeldung eine vom umgebenden Bereich erhabene Materialanformung verstanden, die beispielsweise eine kegelförmige Gestalt haben kann. Das Siebelement ist hierzu bevorzugt in der Weise im Niederdruckraum aufgenommen, dass es die zentrale Kuppel des Gehäuseteils zumindest abschnittsweise umgreift bzw. die zentrale Kuppel des Gehäuseteils zumindest abschnittsweise in das Siebelement eingreift. Durch die Kuppel wird das Siebelement insbesondere an Bewegungen in radialer Richtung gehindert.
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Bevorzugt weist das Siebelement in einem Innenumfangsbereich mindestens eine Erhebung auf, mittels welcher in vorstehend beschriebener Weise die radiale Vorspannung des Siebelements gegen das Gehäuseteil bewirkt wird. Die Erhebung kann beispielsweise als Noppe, Nase, Lippe oder Wulst ausgebildet sein, die bzw. der unter radialer Vorspannung am Gehäuseteil anliegt. Das heißt, dass das Siebelement nicht über seinen gesamten Umfang gegen das Gehäuseteil radial vorgespannt sein braucht.
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Vorteilhafterweise weist das Siebelement mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Erhebungen auf, die unter einer radialen Vorspannung am Gehäuseteil anliegen. Die Belastung des Siebelements ist somit über den Umfang gleichmäßig verteilt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das ringförmige Siebelement einen zumindest abschnittsweise hohlzylinderförmigen Siebträger mit fensterartigen Ausnehmungen umfasst, in denen ein Siebgewebe aufgenommen ist. Das Siebgewebe wird demnach in Hauptströmungsrichtung, d. h. in Zulaufrichtung des Kraftstoffs, von radial außen nach radial innen durchströmt. Die das Siebgewebe aufnehmenden fensterartigen Ausnehmungen sind vorzugsweise über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet, so dass das Siebelement gleichmäßig angeströmt wird.
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Die fensterartigen Ausnehmungen sind vorzugsweise durch axial verlaufende Stege getrennt. Die Stege bewirken eine Aussteifung des Siebträgers. Weiterhin vorzugsweise ist die mindestens eine innenumfangseitig am Siebelement ausgebildete Erhebung im Bereich eines solchen Stegs angeordnet, so dass über die aussteifende Wirkung des Stegs eine hohe radiale Vorspannkraft erzielbar ist.
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Der Siebträger ist bevorzugt aus Kunststoff oder einem Elastomer gefertigt, beispielsweise in einem Spritzgießverfahren, wobei das Siebgewebe mit in die Spritzgießform eingelegt werden kann. Auf diese Weise ist das Siebelement einfach und kostengünstig herstellbar.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das vorzugsweise ringförmige Siebelement gegen das Gehäuseteil auch axial vorgespannt ist. Das heißt, dass das Siebelement auch in axialer Richtung lagefixiert ist. Die Gefahr von Relativbewegungen wird somit weiter minimiert. Vorzugsweise wird die zur axialen Vorspannung erforderliche Kraft durch eine Einstellscheibe auf das Siebelement übertragen, die an einem Absatz des Gehäuseteils axial abgestützt ist und das Siebelement niederhält. Die Einstellscheibe ist vorzugsweise gegen den Absatz des Gehäuseteils axial vorgespannt, beispielsweise durch eine mit dem Gehäuseteil verschraubten Überwurfmutter, die der Befestigung des Saugventils am Gehäuseteil dient.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Siebelement an seinem dem Saugventil zugewandten Ende einen sich nach radial außen erstreckenden Kragen aufweist. Dieser kann derart geformt sein, dass er unter Einwirkung einer axialen Vorspannkraft elastisch verformt wird, so dass hierüber Fertigungs- und/oder Montagetoleranzen ausgleichbar sind. Vorzugsweise ist der Kragen aus Kunststoff gefertigt. In diesem Fall kann der Kragen an den Siebträger und/oder das Siebgewebe des Siebelements angespritzt werden. Alternativ oder ergänzend wird vorgeschlagen, dass der Kragen durch den Siebträger gebildet wird. Der Siebträger kann hierzu eine winkelförmige Querschnittsform besitzen.
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Der das Siebelement aufnehmende ringförmige Niederdruckraum ist vorzugsweise im Querschnitt zumindest bereichsweise V-förmig ausgebildet. Das heißt, dass sich der Niederdruckraum zum Saugventil hin weitet. Die den Niederdruckraum radial innen begrenzende zentrale Kuppel des Gehäuseteils ist in diesem Fall zumindest abschnittsweise kegelstumpfförmig ausgebildet. Der Niederdruckraum und die zentrale Kuppel können auf diese Weise in einem materialabtragenden Verfahren, beispielsweise durch Drehen, einfach hergestellt werden. Bevorzugt weist die zentrale Kuppel an der Basis einen zylinderförmigen Abschnitt auf, gegen den das Siebelement radial vorgespannt ist.
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Weiterhin bevorzugt ist das Siebelement im Wesentlichen mittig im Niederdruckraum angeordnet, so dass es den Niederdruckraum in zwei Ringräume unterteilt, die im Querschnitt vorzugsweise ein Dreiecksform besitzen. Durch die mittige Anordnung kann die Bauhöhe des Siebelements maximiert werden, da es dort angeordnet ist, wo der Niederdruckraum seine größte Tiefe besitzt. Entsprechend der Bauhöhe kann auf diese Weise auch die Fläche des Siebgewebes maximiert werden. Je größer die Fläche des Siebgewebes ist, desto geringer ist die Gefahr, dass sich dieses über die Dauer zusetzt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der ringförmige Niederdruckraum über mindestens eine Zulaufbohrung, die vorzugsweise in der zentralen Kuppel des Gehäuseteils ausgebildet ist, mit einem dem Ventilsitz vorgelagerten Ringraum verbunden ist. Über die mindestens eine Zulaufbohrung und den Ringraum ist somit der Zulauf von Kraftstoff in den Hochdruckelementraum sichergestellt, wenn das Saugventil öffnet, d. h. der Ventilstößel den Ventilsitz freigibt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
- 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Hochdruckpumpe im Bereich eines Saugventils,
- 2 einen Ausschnitt der 1 in vergrößerter Darstellung und
- 3 einen schematischen Querschnitt durch die Hochdruckpumpe der 1.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 zeigt lediglich einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe, und zwar im Bereich eines elektromagnetisch betätigbaren Saugventils 4, das zur Befüllung eines Hochdruckelementraums 3 mit Kraftstoff in ein Gehäuseteil 1 der Hochdruckpumpe integriert ist. Der Hochdruckelementraum 3 ist in einer Zylinderbohrung 2 des Gehäuseteils 1 ausgebildet, wobei die Zylinderbohrung 2 zur Ausbildung eines Ventilsitzes 7 für einen hubbeweglichen Ventilstößel 6 des Saugventils 2 gestuft ausgeführt ist. Bei unbestromtem Saugventil 4 wird der Ventilstößel 6 von der Federkraft einer Schließfeder 5 in den Ventilsitz 7 gezogen.
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Dem Ventilsitz 7 ist ein Ringraum 21 vorgelagert, in den Zulaufbohrungen 20 münden, die den Ringraum 21 mit einem im Gehäuseteil 1 ausgebildeten ringförmigen Niederdruckraum 8 verbinden. Der Zulauf von Kraftstoff in den Hochdruckelementraum 3 erfolgt demnach über den Niederdruckraum 8, die Zulaufbohrungen 20 und den Ringraum 21. Um zu verhindern das mit dem zulaufenden Kraftstoff Partikel in das Saugventil 4 und den Hochdruckelementraum 3 eingetragen werden, ist im Niederdruckraum 8 ein ringförmiges Siebelement 9 aufgenommen. Dieses weist einen im Querschnitt winkelförmigen Siebträger 13 aus Kunststoff sowie ein Siebgewebe 15 auf, das im Bereich eines hohlzylinderförmigen Abschnitts des Siebträgers 13 in fensterartigen Ausnehmungen 14 angeordnet ist. An den hohlzylinderförmigen Abschnitt schließt ein Kragen 19 an, der radial außen leicht erhöht ist (siehe 2), so dass er eine Art Federarm ausbildet, über den das Siebelement 9 in axialer Richtung vorspannbar ist. Die axiale Vorspannkraft wird vorliegend über eine Einstellscheibe 17 auf das Siebelement 9 übertragen, die an einem ringförmigen Absatz 18 des Gehäuseteils 1 abgestützt ist. Das Siebelement 9 unterteilt den Niederdruckraum 8 in zwei Ringräume 8.1, 8.2, über welche das Siebgewebe 15 des Siebelements 9 anströmbar ist. Das Siebgewebe wird demnach radial durchströmt.
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Der das Siebgewebe durchströmende Kraftstoff kann zu Mikrobewegungen des Siebelements 9 gegenüber dem Gehäuseteil 1 führen, so dass der Verschleiß im Kontaktbereich des Siebelements 9 mit dem Gehäuseteil 1 erhöht wird. Aufgrund des Verschleißes bildet sich zwischen dem Siebelement 9 und dem Gehäuseteil 1 ein radiales und/oder axiales Spiel aus, dass insbesondere die Funktionsfähigkeit des Siebelements beeinträchtigen kann. In der Folge gelangen Partikel in das Saugventil bzw. in den Hochdruckelementraum und führen somit zum Ausfall der Hochdruckpumpe.
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Um dies zu verhindern, ist das Siebelement 9 der dargestellten Hochdruckpumpe nicht nur axial, sondern auch radial gegen das Gehäuseteil 1 vorgespannt. Zur radialen Vorspannung des Siebelements 9 weist der Siebträger 13 in einem Innenumfangsbereich 11 mehrere in gleichem Winkelabstand zueinander angeordnete Erhebungen 12 auf, die gegen eine zentrale Kuppel 10 des Gehäuseteils 1 radial vorgespannt sind. Die Erhebungen 12 sind jeweils im Bereich eines Stegs 16 angeordnet, welcher der Trennung zweier fensterartiger Ausnehmungen 14 des Siebträgers 13 dient (siehe 3). Die Erhebungen 12 sind vorliegend noppenartig geformt, so dass die Montage des Siebelements 9 vereinfacht wird. Zugleich ist über die Noppenform eine gewisse elastische Verformbarkeit der Erhebungen 12 sichergestellt, um auf diese Weise die zur Lagefixierung erforderliche radiale Vorspannung zu bewirken. Vorliegend sind vier Erhebungen 12 am Siebträger 13 vorgesehen. Die Anzahl und konkrete Form der Erhebungen 12 kann jedoch beliebig gewählt werden.
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Zur Abdichtung des Niederdruckraums 8 nach außen ist in das Gehäuseteil 1 ein Ventilkörper 22 eingesetzt, in den außenumfangseitig ein Dichtring 23 eingelassen ist, der gegen einen hohlzylinderförmigen Ansatz 24 des Gehäuseteils 1 radial vorgespannt ist. Der Ventilkörper 22 liegt auf der Einstellscheibe 17 auf, über welche das Siebelement 9 niedergehalten wird. Auf dem Ventilkörper 22 ist eine Magnethülse 25 einer Magnetbaugruppe 26 abgestützt, die der Betätigung des Saugventils 4 dient. An der Magnethülse 25 ist wiederum eine Überwurfmutter 27 abgestützt, die mit dem hohlzylinderförmigen Ansatz 24 des Gehäuseteils 1 verschraubt ist. Über das Anziehmoment der Überwurfmutter 27 ist schließlich das Siebelement 9 in axialer Richtung gegen das Gehäuseteil 1 vorspannbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012210107 A1 [0004]
- DE 102008042617 A1 [0005]
