WO2023110485A1 - Kolbenpumpe, insbesondere kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kolbenpumpe, insbesondere kraftstoff-hochdruckpumpe für eine brennkraftmaschine Download PDF

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WO2023110485A1
WO2023110485A1 PCT/EP2022/084374 EP2022084374W WO2023110485A1 WO 2023110485 A1 WO2023110485 A1 WO 2023110485A1 EP 2022084374 W EP2022084374 W EP 2022084374W WO 2023110485 A1 WO2023110485 A1 WO 2023110485A1
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WO
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pump
piston
pressure seal
receiving opening
radial bearing
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/084374
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English (en)
French (fr)
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Elisabeth RUECKER
Markus Schetter
Siamend Flo
Andreas Jesse
Guido Bredenfeld
Daniel HEINZINGER
Kerstin Koch
Stephan Wehr
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/442—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston means preventing fuel leakage around pump plunger, e.g. fluid barriers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M59/00—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps
    • F02M59/44—Details, components parts, or accessories not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M59/02 - F02M59/42; Pumps having transducers, e.g. to measure displacement of pump rack or piston
    • F02M59/48—Assembling; Disassembling; Replacing

Definitions

  • the invention relates to a piston pump, in particular a high-pressure fuel pump for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • the piston pump according to the invention has the advantage that the combination of the functions "mounting of the high-pressure seal away from the pumping chamber” and "first radial bearing for the pump piston" in the same component, namely the holding element, means that a component (namely a separate first radial Stock) compared to conventional piston pumps is eliminated, which simplifies assembly and thereby reduces the manufacturing costs of the piston pump according to the invention.
  • the overall height of the piston pump can also be reduced.
  • a high-pressure seal which at least temporarily interacts with the pump piston is arranged in the form of a ring around the pump piston. This is typically annular or sleeve-shaped. It seals a radial gap between the pump piston and the pump housing, "radial” being understood here and below as a direction that is at least approximately orthogonal to the longitudinal axis of the above-mentioned receiving opening in the pump housing or orthogonal to the longitudinal axis of the pump piston.
  • the high-pressure seal is therefore arranged in regions between the pump housing and the pump piston and essentially coaxially with the pump piston.
  • a radial inner surface of the high-pressure seal bears at least in regions on a radial outer surface of the pump piston.
  • at least one area of an end face of the high-pressure seal bears axially against a counter-surface that is assigned to the pump housing and is arranged on the side of the high-pressure seal that faces away from the pumping chamber.
  • This counter surface can be created, for example, by an annular end face of the holding element, which is in the receiving opening in the pump housing is included, for example, pressed into this and / or welded to the pump housing.
  • the high-pressure seal is thus fixed axially in a direction away from the pumping chamber by this holding element in the receiving opening.
  • the retaining element forms a first radial bearing or “the first radial bearing” for the pump piston in the axial direction of the pump piston, viewed away from the pumping chamber.
  • the guide ring previously provided as a separate component, which in conventional piston pumps was arranged in the receiving opening on the side of the high-pressure seal facing the delivery chamber, can thus be omitted in the present invention.
  • the entire arrangement of high-pressure seal and retaining element can be shifted towards the delivery chamber compared to conventional piston pumps, so that the high-pressure seal is approximately in the axial position in which in conventional piston pumps was the guide ring forming the first radial bearing, and so that the holding element is approximately in that axial position in which the high-pressure seal was in conventional piston pumps.
  • the pump piston is a stepped piston
  • one step of the pump piston is arranged in an at least substantially fluid-tight stepped chamber
  • the receiving opening has an opening section with a larger diameter behind the holding element in the axial direction of the pump piston viewed away from the delivery chamber is than the diameter of the receiving opening in the region of the holding element and part of the step room, and that the axial length of the opening section corresponds at least approximately to the axial length of the holding element.
  • the second radial bearing seen in the axial direction of the pump piston away from the pumping chamber behind a Low-pressure seal is arranged.
  • the distance between the two radial bearings of the pump piston is maximized in this way, which further optimizes the radial bearing of the pump piston.
  • the holding element is designed as a piston bushing which, seen in an axial direction away from the pumping chamber, extends at least to approximately the level of an axial end face of the pump housing.
  • the holding element preferably extends in the axial direction away from the pumping chamber as far as this is possible without colliding with other components or impairing the function of the piston pump in any other way.
  • the retaining element can therefore extend “outside” beyond the plane of the axial end face of the pump housing.
  • the guide play between the pump piston and a radial inner guide surface of the holding element is particularly preferably designed to be minimal, in order to achieve a particularly long and effective guide of the pump piston.
  • the high-pressure seal has a plurality of fluid passages in the region of its end face facing the pumping chamber.
  • a spring which is otherwise present there and which presses the high-pressure seal against the holding element can be dispensed with.
  • the plurality of fluid passages nevertheless enables the high-pressure seal to be activated by the high pressure acting from the pumping chamber.
  • the fluid passages are formed between support sections that extend axially in the direction of the conveying chamber.
  • This can be easily implemented in terms of manufacturing technology on the high-pressure seal, for example by an injection molding process.
  • the high-pressure seal has a multiplicity of support sections distributed uniformly in the circumferential direction, similar to the “prongs” of a crown. This ensures that the high-pressure seal rests evenly on a shoulder of the receiving opening, while at the same time having a sufficiently large passage cross-section, which prevents axial sealing between the high-pressure seal and the pump housing and the pressure acting from the pumping chamber is available for activating the high-pressure seal without significant losses .
  • a piston pump in the form of a high-pressure fuel pump bears the reference numeral 10 overall in FIG. It usually conveys the fuel to a fuel rail to which a number of injectors are connected, which injects the fuel in the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • a high pressure sleeve-shaped or annular seal 34 Disposed between the portion 26 of the pump piston 20 and an inner peripheral wall 32 of the receiving opening 18 is a high pressure sleeve-shaped or annular seal 34 made of a plastic material. As will be explained in more detail below, this seals directly between the pump piston 20 and the pump housing 16, and thus seals the pumping chamber 30 ("high-pressure area") located above the annular high-pressure seal 34 in FIG. 1 compared to that in FIG 1 below the annular high-pressure seal 34 arranged area (“low-pressure area”).
  • the high-pressure seal 34 is fixed, for example, directly by a shoulder 35 of the receiving opening 18 , viewed in an axial direction of the pump piston 20 toward the pumping chamber 30 .
  • the high-pressure seal 34 there is also a sleeve-shaped or ring-shaped holding element 36 which is arranged in a lower region of the receiving opening 18 in FIG.
  • the holding element 36 is thus arranged on the side of the high-pressure seal 34 facing away from the pumping chamber 30 as viewed in the axial direction of the pump piston 20 .
  • high-pressure seal 34 rests against a mating surface (not referenced) of retaining element 36 facing high-pressure seal 34 in such a way that a static sealing point is formed there, which seals high-pressure seal 34 from retaining element 36.
  • the high-pressure seal 34 rests directly on the shoulder 35 of the receiving opening 18 in the pump housing 16 with the support sections 58 .
  • it can be driven so far into the receiving opening 18 in the direction of the pumping chamber 30 that the high-pressure seal 34 rests loosely or possibly even with some play with the support sections 58 on the shoulder 35.
  • the holding element 36 is pressed into the receiving opening 18 .
  • the holding element 36 is additionally caulked in the receiving opening 18 by means of a caulking 60.
  • the holding element 36 therefore has a step 62 on its outside, on which the caulking 60 can engage.
  • the embodiment shown in FIG. 5 is similar to that of FIGS. 3 and 4. However, in the embodiment shown in FIG. 5, the holding element 36 is not caulked in the receiving opening 18 but welded (reference number 64). The step shown in FIGS. 3 and 4 on the outside of the holding element 36 can therefore be omitted. Furthermore, the holding element

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Abstract

Eine Kolbenpumpe (10), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, umfasst einen einem in einer Aufnahmeöffnung (18) eines Pumpengehäuses (16) aufgenommenen Pumpenkolben (20), einen auch vom Pumpenkolben (20) begrenzten Förderraum (28), eine in der Aufnahmeöffnung (18) aufgenommene und wenigstens zeitweise mit dem Pumpenkolben (20) zusammenwirkende ringförmige Hochdruckdichtung (34), und ein ringförmiges Halteelement (36), das in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) gesehen auf der vom Förderraum (30) abgewandten Seite der Hochdruckdichtung (34) angeordnet ist und die Hochdruckdichtung (34) in der Aufnahmeöffnung (18) axial in einer Richtung vom Förderraum (30) weg festlegt. Es wird vorgeschlagen, dass das Halteelement (36) in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) vom Förderraum (30) weg gesehen ein erstes radiales Lager (38) für den Pumpenkolben (20) bildet.

Description

Beschreibung
Titel
Kolbenpumpe, insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die DE 102017212 498 A1 offenbart eine Kolbenpumpe, die beispielsweise bei Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung zum Einsatz kommen kann. Derartige Kolbenpumpen verfügen über eine Hochdruckdichtung zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben. Als Hochdruckdichtung kommt ein gegenüber dem Pumpengehäuse stationärer Dichtring zum Einsatz, der aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. In axialer Richtung des Pumpenkolbens gesehen wird die Hochdruckdichtung zu einem Förderraum hin durch ein erstes radiales Lager für den Pumpenkolben und vom Förderraum weg durch ein Halteelement gehaltert.
Offenbarung der Erfindung
Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch eine Kolbenpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe hat den Vorteil, dass durch die Kombination der Funktionen „Halterung der Hochdruckdichtung vom Förderraum weg“ sowie „erstes radiales Lager für den Pumpenkolben“ im selben Bauteil, nämlich dem Halteelement, ein Bauteil (nämlich ein separates erstes radiales Lager) gegenüber herkömmlichen Kolbenpumpen entfällt, wodurch die Montage vereinfacht wird und wodurch die Herstellkosten der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe reduziert werden. Auch kann die Bauhöhe der Kolbenpumpe verringert werden.
Konkret wird dies erreicht durch eine Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff- Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine. Eine solche Kraftstoff- Hochdruckpumpe kommt sowohl bei Diesel- als auch bei Benzin- Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Üblicherweise verdichtet sie den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn in eine Kraftstoff-Sammelleitung („Rail“), von wo aus der Kraftstoff mittels Injektoren direkt in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt wird., Die erfindungsgemäße Kolbenpumpe umfasst einen Pumpenkolben, der in einer Aufnahmeöffnung eines Pumpengehäuses aufgenommen ist. Das Pumpengehäuse begrenzt zusammen mit dem Pumpenkolben und eventuell noch weiteren Komponenten einen Förderraum, in dem der Kraftstoff verdichtet werden kann.
Ringförmig um den Pumpenkolben herum ist eine mit dem Pumpenkolben wenigstens zeitweise zusammenwirkende Hochdruckdichtung angeordnet. Diese ist typischerweise ring- bzw. hülsenförmig ausgebildet. Sie dichtet einen radialen Spalt zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpengehäuse ab, wobei „radial“ hier und nachfolgend als eine Richtung verstanden wird, die wenigstens in etwa orthogonal zur Längsachse der oben erwähnten Aufnahmeöffnung im Pumpengehäuse bzw. orthogonal zur Längsachse des Pumpenkolbens ist. Die Hochdruckdichtung ist also bereichsweise zwischen dem Pumpengehäuse und dem Pumpenkolben und im Wesentlichen koaxial zum Pumpenkolben angeordnet.
Eine radiale Innenfläche der Hochdruckdichtung liegt im normalen Betrieb der Kolbenpumpe wenigstens bereichsweise an einer radialen Außenfläche des Pumpenkolbens an. Mindestens mit einem Bereich einer Stirnfläche liegt die Hochdruckdichtung im Normalbetrieb der Kolbenpumpe axial an einer dem Pumpengehäuse zugeordneten Gegenfläche an, die auf der vom Förderraum abgewandten Seite der Hochdruckdichtung angeordnet ist. Diese Gegenfläche kann beispielsweise durch eine ringförmige Stirnfläche des Halteelements geschaffen werden, das in der Aufnahmeöffnung im Pumpengehäuse aufgenommen ist, beispielsweise in diese eingepresst und/oder mit dem Pumpengehäuse verschweißt ist. Die Hochdruckdichtung wird somit durch dieses Halteelement in der Aufnahmeöffnung axial in einer Richtung vom Förderraum weg festgelegt.
Die Anlage der radialen Innenfläche der Hochdruckdichtung am Pumpenkolben und der axialen Stirnfläche der Hochdruckdichtung an der Gegenfläche wird bei der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe ebenso wie bei entsprechenden Hochdruckdichtungen aus dem Stand der Technik im Normalbetrieb der Kolbenpumpe insbesondere durch einen vom Förderraum her wirkenden vergleichsweise hohen Hydraulikdruck bewirkt, der an einer radialen Außenfläche der Hochdruckdichtung und an einer in axialer Richtung vom Förderraum weg wirkenden Fläche der Hochdruckdichtung angreift. Die gewünschte maximale Dichtwirkung der Hochdruckdichtung ergibt sich somit erst nach Aufnahme des Betriebs der Kolbenpumpe. Die Hochdruckdichtung wird somit durch die Aufnahme des Betriebs der Kolbenpumpe „aktiviert“.
Das Halteelement bildet in axialer Richtung des Pumpenkolbens vom Förderraum weg gesehen ein erstes radiales Lager bzw. „das erste radiale Lager“ für den Pumpenkolben. Hierdurch wird die bereits oben erwähnte Doppelfunktion des Halteelements geschaffen, nämlich die Halterung der Hochdruckdichtung und die radiale Lagerung des Pumpenkolbens. Der bisher als separates Bauteil vorgesehene Führungsring, der bei herkömmlichen Kolbenpumpen in der Aufnahmeöffnung auf der dem Förderraum zugewandten Seite der Hochdruckdichtung angeordnet war, kann bei der vorliegenden Erfindung somit entfallen.
Um dennoch die axiale Position dieses ersten radialen Lagers für den Pumpenkolben möglichst nahe am Förderraum zu haben, kann die gesamte Anordnung aus Hochdruckdichtung und Halteelement gegenüber herkömmlichen Kolbenpumpen in Richtung zum Förderraum verlagert werden, so dass die Hochdruckdichtung ungefähr in jener axialen Position liegt, in der bei herkömmlichen Kolbenpumpen der das erste radiale Lager bildende Führungsring lag, und so dass das Halteelement ungefähr in jener axialen Position liegt, in der bei herkömmlichen Kolbenpumpen die Hochdruckdichtung lag. Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Pumpenkolben ein Stufenkolben ist, eine Stufe des Pumpenkolbens in einem wenigstens im wesentlichen fluiddichten Stufenraum angeordnet ist, die Aufnahmeöffnung in axialer Richtung des Pumpenkolbens vom Förderraum weg gesehen hinter dem Halteelement einen Öffnungsabschnitt mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Aufnahmeöffnung im Bereich des Halteelements und Teil des Stufenraums ist, und dass die axiale Länge des Öffnungsabschnitts mindestens ungefähr der axialen Länge des Halteelements entspricht. Auf diese Weise kann der gewonnene Platz dazu genutzt werden, das Volumen des Stufenraums zu vergrößern. Eine solche Vergrößerung des Volumens verbessert die hydraulische Dämpfung des Fluides und senkt dadurch die Druckpulsationen im Stufenraum. Dies wiederum reduziert die Gesamtbelastung der den Stufenraum begrenzenden Bauteile. Auch eine mögliche Dampfbildung im Stufenraum wird reduziert.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Stufenraum ein Volumen im Bereich von 3400-7000 mm3 aufweist. Eine solche Größe des Volumens hat sich als besonders günstig erwiesen. Sie entspricht ungefähr dem 2-4-fachen des bisher üblichen Volumens.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hochdruckdichtung in axialer Richtung des Pumpenkolbens gesehen zum Förderraum hin unmittelbar durch eine Schulter der Aufnahmeöffnung festgelegt ist. Auf diese Weise liegt die Hochdruckdichtung weitest möglich nahe zum Förderraum, und auf diese Weise liegt auch das Halteelement, welches das erste radiale Lager für den Pumpenkolben bildet, weitest möglich nahe zum Förderraum. Die radiale Lagerung des Pumpenkolbens wird hierdurch optimiert.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sie in axialer Richtung des Pumpenkolbens vom Förderraum weg gesehen ein hinter dem ersten radialen Lager angeordnetes zweites radiales Lager für den Pumpenkolben aufweist. Die radiale Lagerung des Pumpenkolbens wird hierdurch weiter optimiert.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite radiale Lager in axialer Richtung des Pumpenkolbens vom Förderraum weg gesehen hinter einer Niederdruckdichtung angeordnet ist. Der Abstand zwischen den beiden radialen Lagern des Pumpenkolbens wird auf diese Weise maximiert, wodurch die radiale Lagerung des Pumpenkolbens nochmals optimiert wird.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite radiale Lager von einem Dichtungsträger der Niederdruckdichtung gehalten ist. Somit kann auf ein zusätzliches Bauteil zum Haltern des zweiten radialen Lagers verzichtet werden.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen dem ersten radialen Lager und dem zweiten radialen Lager ungefähr 40-60 % der Länge des Pumpenkolbens entspricht. Dies entspricht im Wesentlichen dem Abstand der beiden radialen Lager bei Kolbenpumpen aus dem Stand der Technik. Schlechtestenfalls ist der Abstand der beiden radialen Lager gegenüber einer Kolbenpumpe aus dem Stand der Technik nur um die axiale Länge der Hochdruckdichtung kleiner geworden. Diese Verkürzung kann kompensiert werden, indem das Spiel zwischen Pumpenkolben und erstem radialem Lager verkleinert wird. Dies ist möglich, da anders als bei einem Führungsring einer herkömmlichen Kolbenpumpe das Limit für das minimale Spiel aus Funktionssicht deutlich kleiner gewählt werden kann. Im Endeffekt kann auf diese Weise ein Winkel, um den eine Längsachse des Pumpenkolbens relativ zu einer idealen Lage der Längsachse verkippen kann, in einem ähnlichen Bereich gehalten werden wie bei einer herkömmlichen Kolbenpumpe.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Halteelement als Kolbenbuchse ausgebildet ist, welche in einer axialen Richtung vom Förderraum weg gesehen mindestens bis ungefähr auf Höhe einer axialen Stirnfläche des Pumpengehäuses reicht. Hierdurch wird die Führung des Pumpenkolbens nochmals deutlich verbessert. Vorzugsweise erstreckt sich das Halteelement in axialer Richtung vom Förderraum weg so weit, wie dies möglich ist, ohne mit anderen Bauteilen zu kollidieren oder in sonstiger Weise die Funktion der Kolbenpumpe zu beeinträchtigen. Das Halteelement kann sich also über die Ebene der axialen Stirnfläche des Pumpengehäuses hinaus nach „außen“ erstrecken. Besonders bevorzugt wird bei dieser Variante das Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben und einer radialen inneren Führungsfläche des Halteelements minimal ausgestaltet, um so eine besonders lange und effektive Führung des Pumpenkolbens zu erreichen. Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass das Halteelement das einzige radiale Lager für den Pumpenkolben ist. Es wird also auf das bisher vorgesehene zweite radiale Lager für den Pumpenkolben, welches in axialer Richtung des Pumpenkolbens vom Förderraum weg gesehen hinter dem ersten radialen Lager angeordnet war, verzichtet. Hierdurch werden Bauteile gespart, wodurch die Herstellkosten und auch die Montagekosten reduziert werden.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hochdruckdichtung im Bereich ihrer dem Förderraum zugewandten Stirnseite eine Mehrzahl von Fluiddurchlässen aufweist. Im Zusammenhang mit der Ausgestaltung, wonach die Hochdruckdichtung zum Förderraum hin unmittelbar durch eine Schulter der Aufnahmeöffnung festgelegt ist, kann auf eine sonst dort vorhandene Feder, welche die Hochdruckdichtung gegen das Halteelement beaufschlagt, verzichtet werden. Hierdurch wird nochmals die Anzahl der Bauteile reduziert, wodurch Herstellkosten und Montagekosten verringert werden. Durch die Mehrzahl von Fluiddurchlässen wird gleichwohl eine Aktivierung der Hochdruckdichtung durch den vom Förderraum her wirkenden hohen Druck ermöglicht.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass die Fluiddurchlässe zwischen sich axial in Richtung Förderraum erstreckenden Stützabschnitten ausgebildet sind. Dies kann an der Hochdruckdichtung fertigungstechnisch einfach realisiert werden, beispielsweise durch ein Spritzgussverfahren. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Hochdruckdichtung eine Vielzahl von gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Stützabschnitten aufweist, ähnlich den „Zacken“ einer Krone. Hierdurch wird ein gleichmäßiges Anliegen der Hochdruckdichtung an einer Schulter der Aufnahmeöffnung sichergestellt, bei gleichzeitig ausreichend großem Durchlassquerschnitt, wodurch ein axiales Abdichten zwischen der Hochdruckdichtung und dem Pumpengehäuse verhindert wird und der vom Förderraum her wirkende Druck ohne wesentliche Verluste für die Aktivierung der Hochdruckdichtung zur Verfügung steht.
Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Halteelement in die Aufnahmeöffnung eingepresst und zusätzlich entweder verstemmt oder verschweißt ist. Insbesondere bei der Variante, bei der das Halteelement mit dem Pumpengehäuse verschweißt ist, kann auf die hierfür notwendige negative Verstemmgeometrie am Halteelement verzichtet werden, und dieses kann beispielsweise ohne jeden Absatz auf der Außenseite als Hülse mit im Wesentlichen konstanter Dicke ausgebildet werden. Hierdurch können nochmals Kosten gespart werden.
Bei einer Weiterbildung hierzu ist vorgesehen, dass das Halteelement auf einer Außenseite mindestens zwei axial voneinander beabstandete Abschnitte mit größerem Durchmesser als der Rest der Außenseite aufweist, über die das Halteelement in die Aufnahmeöffnung eingepresst ist. Somit wird das Halteelement nicht über seine gesamte Länge in die Aufnahmeöffnung eingepresst, sondern lediglich an den mindestens zwei axial voneinander beabstandeten Abschnitten, wodurch die Montage vereinfacht wird.
Zusammenfassend zeichnet sich die Erfindung also dadurch aus, dass der bisher vorgesehene und zwischen Hochdruckdichtung und Förderraum angeordnete Führungsring entfällt. Die Funktion des ersten radialen Lagers wird nun zusätzlich von dem Halteelement übernommen. Durch Design-Anpassungen wie Positionsverschiebung des Halteelements zusammen mit der Hochdruckdichtung und einer Reduzierung des Spiels zwischen erstem radialem Lager und Pumpenkolben kann die (geringe) Verkleinerung des Abstands zwischen den beiden radialen Lagern (sofern vorhanden) kompensiert werden, so dass keine Verschlechterung der Funktionsgrößen (Lagerkräfte und Kippwinkel) entsteht.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Kolbenpumpe;
Figur 2 einen vergrößerten schematischen Längsschnitt durch einen Bereich der Kolbenpumpe von Figur 1 mit einem Pumpenkolben, einer Hochdruckdichtung, einem ringförmigen Abschnitt in Form eines Führungselements und einem Halteelement;
Figur 3 einen Längsschnitt ähnlich zu Figur 1 einer zweiten Ausführungsform einer Kolbenpumpe; Figur 4 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2 der Kolbenpumpe von Figur 3; und
Figur 5 eine Darstellung ähnlich zu Figur 2 einer dritten Ausführungsform einer Kolbenpumpe.
Nachfolgend tragen funktionsäquivalente Elemente und Bereiche in unterschiedlichen Figuren und in unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen. Sie werden im Normalfall nur bei der erstmaligen Erwähnung im Detail erläutert.
Eine Kolbenpumpe in Form einer Kraftstoff-Hochdruckpumpe trägt in Figur 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Kolbenpumpe 10 gehört zu einem nicht weiter gezeichneten Kraftstoff system einer Brennkraftmaschine. Sie fördert den Kraftstoff üblicherweise zu einem Kraftstoffrail, an welches mehrere Injektoren angeschlossen sind, die den Kraftstoff im Brennräume der Brennkraftmaschine einspritzt.
Die Kolbenpumpe 10 umfasst ein steuerbares Einlassventil 12 und ein als Rückschlagventil ausgebildetes Auslassventil 14, sowie ein Pumpengehäuse 16. In diesem ist eine Aufnahmeöffnung 18 für einen Pumpenkolben 20 vorhanden. Der Pumpenkolben 20 kann in der Aufnahmeöffnung 18 parallel zu einer Längsachse 22 der Aufnahmeöffnung 18 bewegt werden. Hierzu dient ein in der Zeichnung nicht dargestellter Antrieb. Bei diesem kann es sich beispielsweise um eine Nockenwelle oder eine Exzenterwelle der Brennkraftmaschine handeln. Die Längsachse 22 ist im Wesentlichen auch die Längsachse des Pumpenkolbens 20.
Der Pumpenkolben 20 ist vorliegend beispielhaft als Stufenkolben ausgebildet mit einem Abschnitt 24 mit kleinerem Durchmesser und einem Abschnitt 26 mit größerem Durchmesser, zwischen denen eine Stufe 28 gebildet ist. Der Abschnitt 26 des Pumpenkolbens 20 mit größerem Durchmesser begrenzt zusammen mit dem Pumpengehäuse 16 einen Förderraum 30. Dieser ist über nicht weiter bezeichnete Kanäle fluidisch mit dem Einlassventil 12 und dem Auslassventil 14 verbunden. Das Pumpengehäuse 16 kann als ein insgesamt in etwa rotationssymmetrisches Teil ausgebildet sein. Der Pumpenkolben 20 ist im Pumpengehäuse 16 in der Aufnahmeöffnung 18 aufgenommen, die als eine gestufte Sacklochbohrung ausgebildet ist mit Abschnitten, die jeweils unterschiedliche Durchmesser aufweisen.
Zwischen dem Abschnitt 26 des Pumpenkolbens 20 und einer inneren Umfangswand 32 der Aufnahmeöffnung 18 ist eine hülsenförmige bzw. ringförmige Hochdruckdichtung 34 angeordnet, die aus einem Kunststoffmaterial hergestellt ist. Diese dichtet, wie weiter unten noch stärker im Detail dargelegt werden wird, unmittelbar zwischen dem Pumpenkolben 20 und dem Pumpengehäuse 16, und dichtet somit den sich in Figur 1 oberhalb von der ringförmigen Hochdruckdichtung 34 befindenden Förderraum 30 („Hochdruckbereich“) gegenüber dem in Figur 1 unterhalb von der ringförmigen Hochdruckdichtung 34 angeordneten Bereich („Niederdruckbereich“) ab. Die Hochdruckdichtung 34 ist in einer axialen Richtung des Pumpenkolbens 20 gesehen zum Förderraum 30 hin vorliegend beispielhaft unmittelbar durch eine Schulter 35 der Aufnahmeöffnung 18 festgelegt.
In Figur 1 unterhalb von der Hochdruckdichtung 34 ist ein ebenfalls hülsenförmiges bzw. ringförmiges Halteelement 36 vorhanden, welches in einem in Figur 1 unteren Bereich der Aufnahmeöffnung 18 angeordnet ist. Das Halteelement 36 ist somit in axialer Richtung des Pumpenkolbens 20 gesehen auf der vom Förderraum 30 abgewandten Seite der Hochdruckdichtung 34 angeordnet. Die Hochdruckdichtung 34 liegt im Normalbetrieb der Kolbenpumpe 10 an einer der Hochdruckdichtung 34 zugewandten Gegenfläche (ohne Bezugszeichen) des Halteelements 36 derart an, dass dort eine statische Dichtstelle gebildet wird, welche die Hochdruckdichtung 34 gegenüber dem Halteelement 36 abgedichtet.
Das Halteelement 36 legt somit die Hochdruckdichtung 34 in der Aufnahmeöffnung 18 axial in einer Richtung vom Förderraum 30 weg fest. Das Halteelement 36 erfüllt jedoch eine Doppelfunktion. Nicht nur legt es die Hochdruckdichtung 34 fest, sondern es bildet auch ein in axialer Richtung des Pumpenkolbens 20 vom Förderraum 30 weg gesehen erstes radiales Lager 38 für den Pumpenkolben 20. Das Halteelement 36 kann in das Pumpengehäuse 12 eingepresst sein, oder es kann in der Aufnahmeöffnung 18 verstemmt oder mit dem Pumpengehäuse 16 verschweißt sein.
Die Kolbenpumpe 10 weist auch ein zweites radiales Lager 40 für den Pumpenkolben 20 auf, welches ebenfalls ein ringförmiges bzw. hülsenförmiges Teil und in einem Dichtungsträger 42 angeordnet ist, der vom Pumpengehäuse 16 in Figur 1 nach unten abragt und auch eine Niederdruckdichtung 44 trägt. Das zweite radiale Lager 40 ist insoweit in axialer Richtung des Pumpenkolbens 20 vom Förderraum 30 weg gesehen hinter dem ersten radialen Lager 38 angeordnet, und es ist in axialer Richtung des Pumpenkolbens 20 vom Förderraum 30 weg gesehen auch hinter der Niederdruckdichtung 44 angeordnet.
Man erkennt insbesondere aus Figur 2, dass ein Abstand L1 zwischen dem ersten radialen Lager 38 und dem zweiten radialen Lager 40 ungefähr 40-60 % der Länge L2 des Pumpenkolbens 20 entspricht.
Durch das Pumpengehäuse 16, den Dichtungsträger 42, die Niederdruckdichtung 44, den Pumpenkolben 20 und das Halteelement 36 wird ein ringförmiger und im wesentlichen fluiddichter Stufenraum 46 begrenzt, in dem die Stufe 28 des Pumpenkolbens 20 angeordnet ist. Die Aufnahmeöffnung 18 weist in axialer Richtung des Pumpenkolbens 20 vom Förderraum 30 weg gesehen hinter dem Halteelement 36 einen Öffnungsabschnitt 48 auf, der insgesamt einen Durchmesser D1 aufweist, der größer ist als ein Durchmesser D2 der Aufnahmeöffnung 18 im Bereich des Halteelements 36. Der Öffnungsabschnitt 48 ist Teil des Stufenraums 46. Eine axiale Länge L3 des Öffnungsabschnitts 48 entspricht mindestens ungefähr einer axialen Länge L4 des Halteelements 36. Vorliegend beispielhaft hat der Stufenraum 46 ein Volumen im Bereich von 3400-7000 mm3.
Bei der Ausführungsform der Figuren 3 und 4 ist das Halteelement 36 als eine Art „Kolbenbuchse“ in der Form einer länglichen Hülse ausgebildet. Ein Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben 20 und einer inneren Umfangsfläche (ohne Bezugszeichen) des Halteelements 36 ist minimal ausgeführt. Gleichzeitig erstreckt sich das Halteelement 36 in Richtung der Längsachse 22 und vom Förderraum 30 weg gesehen mindestens bis ungefähr auf Höhe einer axialen Stirnfläche 50 des Pumpengehäuses 16, vorliegend beispielhaft sogar über eine Ebene 52 der axialen Stirnfläche 50 hinweg um einen Überstand 54 nach außen. Auf diese Weise wird eine lange und effektive Führung des Pumpenkolbens 20 im Halteelement 36 bewirkt. Eine Schiefstellung des Pumpenkolbens 20 wird hierdurch minimiert, und auch die Einleitung von Querkräften vom Antrieb in die Hochdruckdichtung 34 wird reduziert.
Man erkennt ferner, dass am Dichtungsträger 42 kein weiteres radiales Lager mehr vorhanden ist. Stattdessen trägt der Dichtungsträger 42 nur noch die Niederdruckdichtung 44. Das Halteelement 36 bildet somit das einzige radiale Lager 38 für den Pumpenkolben 20.
Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform einer Kolbenpumpe 10 weist die Hochdruckdichtung 34 im Bereich ihrer in den Figuren oberen, also dem Förderraum 30 zugewandten Stirnseite (ohne Bezugszeichen) eine Mehrzahl von Fluiddurchlässen 56 auf. Diese sind in Umfangsrichtung der Hochdruckdichtung 34 gleichmäßig verteilt angeordnet. Die Fluiddurchlässe 56 sind dabei zwischen sich axial, also in Richtung der Längsachse 22, in Richtung zum Förderraum 30 hin erstreckenden Stützabschnitten 58 angeordnet. Diese sind insoweit ähnlich wie die Zacken einer Krone ausgebildet, auch wenn sie keine scharfe Spitze aufweisen, sondern beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen.
Mit den Stützabschnitten 58 liegt die Hochdruckdichtung 34 direkt an der Schulter 35 der Aufnahmeöffnung 18 im Pumpengehäuse 16 an. Beispielsweise kann bei der Montage des Halteelements 36 in der Aufnahmeöffnung 18 dieses so weit in Richtung zum Förderraum 30 in die Aufnahmeöffnung 18 eingetrieben werden, dass die Hochdruckdichtung 34 locker oder gegebenenfalls sogar mit etwas Spiel mit den Stützabschnitten 58 an der Schulter 35 anliegt.
Typischerweise ist das Halteelement 36 in die Aufnahmeöffnung 18 eingepresst. Bei der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist das Halteelement 36 zusätzlich in der Aufnahmeöffnung 18 mittels einer Verstemmung 60 verstemmt. Daher weist das Halteelement 36 auf seiner Außenseite eine Stufe 62 auf, an der die Verstemmung 60 angreifen kann. Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform ist ähnlich zu jener der Figuren 3 und 4. Allerdings ist das Halteelement 36 bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform in der Aufnahmeöffnung 18 nicht verstemmt, sondern verschweißt (Bezugszeichen 64). Daher kann die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Stufe auf der Außenseite des Halteelements 36 entfallen. Ferner weist das Halteelement
36 zwei axial voneinander beabstandete umlaufende Abschnitte 66 mit größerem Durchmesser als der Rest der Außenseite des Halteelements 36 auf, über die das Halteelements 36 in die Aufnahmeöffnung 18 eingepresst ist. Nun

Claims

Ansprüche
1. Kolbenpumpe (10), insbesondere Kraftstoff-Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, mit einem in einer Aufnahmeöffnung (18) eines Pumpengehäuses (16) aufgenommenen Pumpenkolben (20), einem auch vom Pumpenkolben (20) begrenzten Förderraum (28), einer in der Aufnahmeöffnung (18) aufgenommenen und wenigstens zeitweise mit dem Pumpenkolben (20) zusammenwirkenden ringförmigen Hochdruckdichtung (34), und einem ringförmigen Halteelement (36), das in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) gesehen auf der vom Förderraum (30) abgewandten Seite der Hochdruckdichtung (34) angeordnet ist und die Hochdruckdichtung (34) in der Aufnahmeöffnung (18) axial in einer Richtung vom Förderraum (30) weg festlegt, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) vom Förderraum (30) weg gesehen ein erstes radiales Lager (38) für den Pumpenkolben (20) bildet.
2. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (20) ein Stufenkolben ist, eine Stufe (28) des Pumpenkolbens (20) in einem wenigstens im wesentlichen fluiddichten Stufenraum (46) angeordnet ist, die Aufnahmeöffnung (18) in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) vom Förderraum (30) weg gesehen hinter dem Halteelement (36) einen Öffnungsabschnitt (48) mit einem Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Aufnahmeöffnung (18) im Bereich des Halteelements (36) und Teil des Stufenraums (46) ist, und dass die axiale Länge (L3) des Öffnungsabschnitts (48) mindestens ungefähr der axialen Länge (L4) des Halteelements (36) entspricht.
3. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stufenraum (46) ein Volumen im Bereich von 3400-7000 mm3 aufweist. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckdichtung (34) zum Förderraum (30) hin unmittelbar durch eine Schulter (35) der Aufnahmeöffnung (18) festgelegt ist. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) vom Förderraum (30) weg gesehen ein hinter dem ersten radialen Lager (38) angeordnetes zweites radiales Lager (40) für den Pumpenkolben (20) aufweist. Kolbenpumpen (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite radiale Lager (40) in axialer Richtung des Pumpenkolbens (20) vom Förderraum (30) weg gesehen hinter einer Niederdruckdichtung (44) angeordnet ist. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite radiale Lager (40) von einem Dichtungsträger (42) der Niederdruckdichtung (44) gehalten ist. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (L1) zwischen dem ersten radialen Lager (38) und dem zweiten radialen Lager (40) ungefähr 40-60 % einer Länge (L2) des Pumpenkolbens (20) entspricht. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) als Kolbenbuchse ausgebildet ist, welche in einer axialen Richtung (22) vom Förderraum (30) weg gesehen mindestens bis ungefähr auf Höhe (52) einer axialen Stirnfläche (50) des Pumpengehäuses (16) reicht. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) das einzige radiale Lager (38) für den Pumpenkolben (20) ist. - 15 -
11 . Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der Ansprüche 9-10 in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckdichtung (34) im Bereich ihrer dem Förderraum (30) zugewandten Stirnseite eine Mehrzahl von Fluiddurchlässen (56) aufweist.
12. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Fluiddurchlässe (56) zwischen sich axial in Richtung Förderraum (30) erstreckenden Stützabschnitten (58) ausgebildet sind.
13. Kolbenpumpe (10) nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) in die Aufnahmeöffnung (18) eingepresst und zusätzlich entweder verstemmt oder verschweißt ist.
14. Kolbenpumpe (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (36) auf einer Außenseite mindestens zwei axial voneinander beabstandete Abschnitte (66) mit größerem Durchmesser als der Rest der Außenseite aufweist, über die das Halteelement (36) in die Aufnahmeöffnung (18) eingepresst ist.
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DE102020203652A1 (de) * 2020-03-20 2021-09-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kraftstoff-Hochdruckpumpe

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