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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist beispielsweise bereits der
DE 10 2016 204 128 A1 als bekannt zu entnehmen. Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, welches einen Pumpenraum teilweise begrenzt. Außerdem weist die Kraftstoffhochdruckpumpe einen auch als Pumpenkolben bezeichneten Kolben auf, welcher den auch als Druckraum bezeichneten Pumpenraum teilweise begrenzt und relativ zu dem Pumpengehäuse translatorisch bewegbar ist. Mittels des Kolbens ist im Pumpenraum aufgenommener, insbesondere flüssiger, Kraftstoff unter Druck zu setzen und aus dem Pumpenraum zu fördern. Hierdurch wird beispielsweise der Kraftstoff mit dem hohen, mittels des Kolbens bewirkten Druck zu wenigstens einem Injektor beziehungsweise zu einem Kraftstoffverteilungselement gefördert, von welchem der Kraftstoff beispielsweise auf mehrere Injektoren verteilt werden kann. Mittels des jeweiligen Injektors wird beispielsweise der Kraftstoff, insbesondere direkt, in einen jeweiligen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine eingebracht, insbesondere eingespritzt.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe weist ferner einen Zulauf auf, über welchen der Pumpenraum mit dem Kraftstoff versorgbar ist. Außerdem weist die Kraftstoffhochdruckpumpe wenigstens einen Dämpferraum zum Dämpfen von Druckpulsationen des Kraftstoffes auf.
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Außerdem offenbart die
DE 10 2015 219 419 B3 eine Pumpeinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe zum Versorgen einer ersten Einspritzeinrichtung der Verbrennungskraftmaschine.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffhochdruckpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe auf besonders einfache Weise realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Kraftstoffhochdruckpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe auf besonders einfache Weise realisiert werden kann, weist die Kraftstoffhochdruckpumpe erfindungsgemäß einen teilweise durch das Gehäuse und teilweise durch den Kolben begrenzten Stufenraum auf, dessen Volumen durch relativ zu dem Pumpengehäuse erfolgende translatorische Bewegungen des Kolbens veränderbar ist, wobei der Zulauf über den Stufenraum fluidisch mit dem Dämpferraum verbunden ist. Hierdurch kann die Kraftstoffhochdruckpumpe besonders vorteilhaft gekühlt werden, sodass eine Überhitzung der Kraftstoffhochdruckpumpe und des Kraftstoffes verhindert wird. Dadurch können Kavitationsbildung in der Kraftstoffhochdruckpumpe und ein Absterben der auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichneten Verbrennungskraftmaschine vermieden werden.
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Der Stufenraum ist beispielsweise ein Raum beziehungsweise eine Kammer, der beziehungsweise die zumindest im Wesentlichen stufenförmig ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Stufenraum wenigstens eine Stufe und somit wenigstens zwei auf unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnete Wandungsbereiche aufweist, welches beispielsweise senkrecht zu einer Bewegungsrichtung verlaufen können, entlang welcher der Kolben relativ zu dem Pumpengehäuse translatorisch bewegbar ist. Insbesondere sind die Wandungsbereiche entlang der Bewegungsrichtung auf den unterschiedlichen Höhenniveaus angeordnet und beispielsweise über einen parallel zu der Bewegungsrichtung verlaufenden weiteren Wandungsbereich miteinander verbunden beziehungsweise die ersten Wandungsbereiche gehen über den weiteren Wandungsbereich ineinander über.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Grundsätzlich ist es möglich, dass der auch als Hochdruckpumpenzulauf bezeichnete Zulauf über den Dämpferraum mit dem Stufenraum verbunden ist, sodass der insbesondere flüssige Kraftstoff von dem Zulauf zunächst in den Dämpferraum und daraufhin, insbesondere seitlich in dem Pumpengehäuse, in den Stufenraum strömt. Bezogen auf eine Strömungsrichtung des von dem Zulauf über den Dämpferraum zu dem Stufenraum beziehungsweise in den Stufenraum strömenden Kraftstoffs ist somit der Stufenraum als paralleler Abzweig vom Dämpfungsraum angeordnet. Kommt es nun zu Pumpbewegungen des Kolbens, welcher sich im Rahmen seiner Pumpbewegungen entlang einer Bewegungsrichtung relativ zu dem Gehäuse translatorisch hin- und herbewegt, wodurch der Druckraum und der Stufenraum in ihren jeweiligen Volumina abwechselnd vergrößert und verkleinert werden, so wird der Kraftstoff beziehungsweise dessen Volumen im Stufenraum hin- und herbewegt und durch Reibung und Strahlungswärme erhitzt. In Betriebsbereichen mit geringem Kraftstoff-Durchsatz, beispielsweise im Leerlauf der Verbrennungskraftmaschine, entsteht dabei jedoch eine Art Totwassergebiet, sodass sich der Kraftstoff und die Kraftstoffhochdruckpumpe stark erhitzen können. In der Folge kann es zu einer Kavitationsbildung kommen, woraus eine Förderung von Gas in einen Hochdrucktrakt resultieren kann. Der Kraftstoffdruck bricht ein. Wird eine übermäßige Menge an Luft zu der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in deren Brennräume, gefördert, so stirbt die Verbrennungskraftmaschine aufgrund von Kraftstoffmangel ab.
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Die zuvor genannten Nachteile und Probleme können nun mittels der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe vermieden werden, da im Vergleich zu der zuvor beschriebenen fluidischen Verbindung des Zulaufs über den Dämpferraum mit dem Stufenraum erfindungsgemäß eine Änderung des Zulaufes vorgesehen ist, insbesondere derart, dass die direkte Verbindung des Zulaufs mit dem Dämpferraum getrennt beziehungsweise aufgelöst ist. Dies ist erfindungsgemäß derart realisiert, dass der Zulauf nicht direkt mit dem Dämpferraum, sondern unter Vermittlung des Stufenraums mit dem Dämpferraum fluidisch verbunden ist. Somit ist der Stufenraum in Strömungsrichtung des Kraftstoffes zwischen dem Zulauf und dem Dämpferraum angeordnet. Es kann aber der Stufenraum auch zwischen Dämpferraum und Pumpenraum angeordnet sein. Daraus ergibt sich insbesondere folgender Vorteil: Auch bei geringen Kraftstoffmassendurchsätzen muss der Kraftstoff weitergeführt werden und wird dementsprechend permanent auch im Stufenraum erneuert, das heißt durch neuen, insbesondere über den Zulauf in den Stufenraum nachfließenden Kraftstoff ersetzt. Damit tritt eine Kühlwirkung des frischen Kraftstoffes, das heißt des neu beziehungsweise frisch in den Stufenraum einströmenden Kraftstoffes auch beziehungsweise bereits im Stufenraum ein, sodass das zuvor beschriebene Totwassergebiet eliminiert werden kann. Durch die Kühlwirkung kann eine besonders homogene Bauteiltemperatur der Kraftstoffhochdruckpumpe realisiert werden, und eine Kavitation beziehungsweise Dampfblasenbildung kann zumindest gering gehalten oder eliminiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, welche auch als Motor oder Verbrennungsmotor bezeichnet wird und beispielsweise wenigstens einen oder mehrere Brennräume aufweist. Der jeweilige Brennraum ist dabei insbesondere als Zylinder ausgebildet. Dem jeweiligen Brennraum ist beispielsweise wenigstens ein Injektor zugeordnet, mittels welchem ein Kraftstoff, insbesondere ein flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb zugeordnet ist. Mittels des jeweiligen Injektors kann der Kraftstoff in den jeweils zugeordneten Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt, werden. Insbesondere ist es denkbar, dass den Injektoren ein den Injektoren gemeinsames Kraftstoffverteilungselement zugeordnet ist, welches auch als Rail oder Kraftstoffrail bezeichnet wird.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird dabei genutzt, um die Injektoren, insbesondere über das Rail, mit dem Kraftstoff mit einem hohen Druck zu versorgen. Der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird der Kraftstoff beispielsweise aus einem Tank des Kraftfahrzeugs mittels einer Kraftstoffniederdruckpumpe zugeführt, sodass der mittels der Kraftstoffniederdruckpumpe geförderte Kraftstoff beispielsweise auf einen ersten Druck gebracht wird und mit dem ersten Druck zu der und insbesondere in die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 strömt. Mittels der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wird ein gegenüber dem ersten Druck größerer zweiter Druck des Kraftstoffes bewirkt, sodass beispielsweise der Kraftstoff mit dem zweiten Druck mittels der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 zu dem und insbesondere in das Kraftstoffverteilungselement gefördert wird. Der Kraftstoff kann beispielsweise mit dem zweiten Druck in dem Kraftstoffverteilungselement gespeichert und mittels des Kraftstoffelements auf die Injektoren verteilt werden, welche dann den Kraftstoff beispielsweise mit dem zweiten Druck in die Brennräume einspritzen können.
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Dabei umfasst die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 ein einfach auch als Gehäuse bezeichnetes Pumpengehäuse 12, welches einen Pumpenraum 14 teilweise begrenzt. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 umfasst ferner einen auch als Pumpenkolben bezeichneten Kolben 16, welcher zumindest teilweise in dem Pumpengehäuse 12 angeordnet und - wie in der Fig. durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht ist - relativ zu dem Gehäuse entlang einer durch den Doppelpfeil 18 veranschaulichten Bewegungsrichtung translatorisch bewegbar ist. Dies bedeutet, dass der Kolben 16 entlang der Bewegungsrichtung relativ zu dem Pumpengehäuse 12 translatorisch hin- und herbewegt werden kann. Mittels des Kolbens 16 ist der in dem Pumpenraum 14 aufgenommene Kraftstoff unter Druck zu setzen und aus dem Pumpenraum 14 zu fördern. Beispielsweise wird der Kraftstoff mit dem zweiten Druck aus dem Pumpenraum 14 mittels des Kolbens 16 zu dem Kraftstoffverteilungselement gefördert. Das entlang der Bewegungsrichtung verlaufende translatorische Hin- und Herbewegen des Kolbens 16 relativ zu dem Pumpengehäuse 12 wird beispielsweise mit abwechselnden Volumenvergrößerungen und Volumenverkleinerungen des Pumpenraums 14 einher. Wird somit beispielsweise der Kolben 16 in eine mit Bewegungsrichtung zusammenfallende erste Richtung relativ zu dem Pumpengehäuse 12 translatorisch bewegt, so wird dadurch der Pumpenraum 14 in seinem Volumen vergrößert. Wird jedoch beispielsweise der Kolben 16 in eine der ersten Richtung entgegengesetzte und mit der Bewegungsrichtung zusammenfallende zweite Richtung relativ zu dem Pumpengehäuse 12 translatorisch bewegt, so wird beispielsweise das Volumen des Pumpenraums 14 verkleinert. Hierdurch wird der in dem Pumpenraum 14 aufgenommene Kraftstoff unter Druck gesetzt und aus dem Pumpenraum 14 mittels des Kolbens 16 heraus gefördert.
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Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist ferner einen Zulauf 20 auf, über welchen der Pumpenraum 14 mit dem Kraftstoff versorgbar ist. Dies bedeutet, dass der Kraftstoff über den Zulauf 20 in den Pumpenraum 14 strömen kann. Beispielsweise kann der Kraftstoff über den Zulauf 20 in das Pumpengehäuse 12 einströmen, sodass die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 beispielsweise über den Zulauf 20 mit dem von der Kraftstoffniederdruckpumpe kommenden Kraftstoff versorgbar ist beziehungsweise versorgt wird. In der Fig. veranschaulichen Pfeile den durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 strömenden Kraftstoff beziehungsweise dessen Strömung durch die Kraftstoffhochdruckpumpe 10.
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Des Weiteren weist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 wenigstens einen Dämpferraum 22 zum Dämpfen von Druckpulsationen des Kraftstoffes auf. Der Dämpferraum 22 ist dabei beispielsweise, insbesondere direkt, durch wenigstens ein Dämpfungselement 24 begrenzt, welches beispielsweise als, insbesondere elastisch verformbare, Membran ausgebildet ist. Mittels des Dämpfungselements 24 sind die Druckpulsationen zu dämpfen. Das Dämpfungselement 24 ist insbesondere ein Niederdruck-Pulsationsdämpfer (ND-Pulsationsdämpfer). Über den Niederdruck-Pulsationsdämpfer kann beispielsweise überschüssiger Kraftstoff von der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 abgeführt beziehungsweise abgesteuert werden und beispielsweise in eine Niederdruckleitung, insbesondere in einen Niederdruck-Rücklauf, strömen, sodass beispielsweise der in den Dämpferraum 22 einströmende Kraftstoff nicht mittels des Kolbens 16 unter Druck gesetzt und gefördert wird.
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Um nun auf besonders einfache Weise eine besonders vorteilhafte Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 zu ermöglichen und somit Überhitzungen der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 und des Kraftstoffes zu vermeiden, weist die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 einen teilweise durch das Pumpengehäuse 12 und teilweise durch den Kolben 16 begrenzten Stufenraum 26 auf, dessen Volumen durch relativ zu dem Pumpengehäuse 12 erfolgende translatorische Bewegungen des Kolbens 16 veränderbar ist. Dabei ist der Zulauf 20 über den Stufenraum 26 fluidisch mit dem Dämpferraum 22 verbunden.
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Da der Stufenraum 26 teilweise durch den Kolben 16 begrenzt ist, gehen mit den relativ zu dem Pumpengehäuse 12 erfolgenden, translatorischen Bewegungen des Kolbens 16 Volumenveränderungen des Stufenraums 26 einher. Wird der Kolben 16 beispielsweise in die erste Richtung bewegt, so wird beispielsweise das Volumen des Stufenraums 26 vergrößert. Wird beispielsweise der Kolben 16 in die zweite Richtung bewegt, so wird dadurch beispielsweise das Volumen des Stufenraums 26 verkleinert, sodass dann zuvor im Stufenraum 26 aufgenommener Kraftstoff aus dem Stufenraum 26 heraus gefördert und beispielsweise in den Dämpferraum 22 gefördert wird.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Stufenraum 26 beispielsweise durch ein Bauteil 28 des Kolbens 16 teilweise begrenzt ist, wobei das Bauteil beispielsweise separat von einer Kolbenstange 30 des Kolbens 16 ausgebildet und mit der Kolbenstange 30 verbunden ist. Dabei umfasst die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 eine auch Kolbenfeder bezeichnete Feder 32, welche an einem Abstützelement 34 entlang der Bewegungsrichtung abgestützt ist. Die Feder 32 ist somit einerseits an dem Abstützelement 34 und andererseits an dem Bauteil 28 und über dieses an dem Kolben 16 abgestützt. Wird der Kolben 16 beispielsweise in die erste Richtung bewegt, so wird die Feder 32 komprimiert und dadurch gespannt. Dadurch stellt die Feder 32 eine Federkraft bereit, mittels welcher der Kolben 16 in die zweite Richtung bewegbar ist.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass bei einem Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 der von dem Zulauf 20 über den Stufenraum 26 zu dem beziehungsweise in den Dämpferraum 22 strömende Kraftstoff wenigstens zweimal umgelenkt wird. Dabei strömt der Kraftstoff in einer ersten Strömungsrichtung in den Stufenraum 26 ein und in einer der ersten Strömungsrichtung entgegengesetzten zweite Strömungsrichtung aus dem Stufenraum 26 aus, wobei die erste Strömungsrichtung und die zweite Strömungsrichtung beispielsweise zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung verlaufen.
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Insgesamt ist aus der Fig. erkennbar, dass der Zulauf 20 nicht direkt mit dem Dämpferraum 22 verbunden ist, sondern der Zulauf 20 ist über den zumindest im Wesentlichen stufenförmigen Stufenraum 26 fluidisch mit dem Dämpferraum 22 verbunden. Hierdurch wird der Kraftstoff auch bei geringen Kraftstoffmassendurchsätzen weitergeführt und permanent auch im Stufenraum 26 erneuert. Dadurch tritt eine Kühlwirkung des neu beziehungsweise frisch in den Stufenraum 26 über den Zulauf 20 einströmenden Kraftstoffs ein, da insbesondere ein Totwassergebiet in dem Pumpengehäuse 12 vermieden werden kann. Durch die beschriebene Kühlwirkung kann eine homogene Temperatur der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 realisiert werden, sodass eine Kavitation beziehungsweise Dampfblasenbildung vermieden werden kann. Dadurch kann vermieden werden, dass eine übermäßige Menge an Luft beispielsweise über die Injektoren in die Brennräume gelangt, sodass ein durch Kraftstoffmangel bedingtes Absterben der Verbrennungskraftmaschine vermieden werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftstoffhochdruckpumpe
- 12
- Pumpengehäuse
- 14
- Pumpenraum
- 16
- Kolben
- 18
- Doppelpfeil
- 20
- Zulauf
- 22
- Dämpferraum
- 24
- Dämpfungselement
- 26
- Stufenraum
- 28
- Bauteil
- 30
- Kolbenstange
- 32
- Feder
- 34
- Abstützelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016204128 A1 [0002]
- DE 102015219419 B3 [0004]
