DE102014220878A1

DE102014220878A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102014220878A1
Application number: DE102014220878.5A
Authority: DE
Inventors: Stefan Kulzer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-21
Also published as: US20180171952A1; WO2016058886A1; CN106068381A; KR20160128395A; JP2017512938A; US10330066B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe (10) mit einem Gehäuse (12) mit einer Gehäuseausnehmung (14) und einer in der Gehäuseausnehmung (14) angeordneten Führungshülse (18) zum Führen eines Pumpenkolbens (16), wobei die Führungshülse (18) über eine stoffschlüssige Verbindung (38) mit der Gehäuseausnehmung (14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffhochdruckpumpe, in der ein Pumpenkolben, mit dem ein Kraftstoff mit einem Hochdruck beaufschlagt wird, in einer Führungshülse geführt ist.
Solche Kraftstoffhochdruckpumpen werden häufig für Brennstoffeinspritzanlagen für Brennkraftmaschinen verwendet. Sie beaufschlagen einen Kraftstoff, der einen Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt werden soll, mit hohem Druck und sind zumeist als Kolbenpumpen aufgebaut, wobei ein Pumpenkolben den in einem Druckraum befindlichen Kraftstoff durch eine translatorische Hin- und Herbewegung komprimiert und somit in den Kraftstoff einen hohen Druck erzeugt. Beispielsweise wird bei Kraftstoffhochdruckpumpen für Benzin-Brennkraftmaschinen der Kraftstoff mit einem Druck von 200 bar–300 bar beaufschlagt, während der Kraftstoff für Diesel-Brennkraftmaschinen mit einem Druck von 2000 bar–3000 bar beaufschlagt wird.
Aufgrund der hohen Drücke ist es aus tribologischer Sicht sinnvoll, eine verschleißfeste Ausführung einer Kolbenführung, in der der Pumpenkolben geführt ist, bereitzustellen. Dazu ist es beispielsweise bekannt, eine speziell ausgebildete Führungshülse für den Pumpenkolben zu verwenden.
Eine solche Kraftstoffhochdruckpumpe ist beispielsweise aus DE 103 22 603 B4 bekannt.
Darin wird eine formschlüssige Verbindung zwischen einer Führungshülse für den Pumpenkolben und einem Gehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe mittels Einpressen der Führungshülse und Verstemmen eines Bundes am Gehäuse erreicht.
Diese Art der formschlüssigen Verbindung bringt jedoch hohe notwendige Montagekräfte von mehreren kN mit sich, und erzeugt Spannungen in den Bauteilen, was zu Verformungen dieser Bauteile führen kann. Dabei sind Verformungen von beispielsweise Ventilsitzen der Kraftstoffhochdruckpumpe bzw. der Führung des Pumpenkolbens selbst als besonders kritisch zu sehen, da diese zu internen Leckagepfaden und somit im schlimmsten Fall zum Verlust der Funktion der Kraftstoffhochdruckpumpe führen können.
Zusätzlich kann im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe aufgrund der Betriebsbedingungen wie Temperatur, Schwingungen usw. ein Setzverhalten des Formschlusses an der Verstemmung der Führungshülse stattfinden und dadurch kann wiederum ein Leckagepfad aus einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe über den Außendurchmesser der Führungshülse auftreten, da die erforderliche Vorspannung der Führungshülse an der Seite, die zu dem Druckraum gerichtet ist, nicht mehr gewährleistet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftstoffhochdruckpumpe vorzuschlagen, die die genannten Probleme überwindet.
Diese Aufgabe wird mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Kraftstoffhochdruckpumpe weist ein Gehäuse mit einer Gehäuseausnehmung und eine in der Gehäuseausnehmung angeordnete Führungshülse zum Führen eines Pumpenkolbens der Kraftstoffhochdruckpumpe auf. Die Führungshülse ist über eine stoffschlüssige Verbindung mit der Gehäuseausnehmung verbunden.
Anstatt der formschlüssigen Verbindung wird daher nun eine stoffschlüssige Verbindung der Bauteile Gehäuse und Führungshülse der Kraftstoffhochdruckpumpe vorgeschlagen. Dadurch können Spannungen und Verformungen an diesen Bauteilen vermieden werden, was zu einer Verringerung von Defekten an der Kraftstoffhochdruckpumpe führt.
Vorzugsweise ist zwischen der Führungshülse und dem darin geführten Pumpenkolben ein Führungsspalt vorgesehen, der im Betrieb mit einem Kraftstoff gefüllt ist, um so als Schmiermittel während der Bewegung des Pumpenkolbens in der Führungshülse zu wirken.
Vorzugsweise weist die stoffschlüssige Verbindung eine Klebeverbindung auf, die einen Klebstoff umfasst.
Klebstoffe können vorteilhaft einfach in die Gehäuseausnehmung bzw. an die Führungshülse angebracht werden, so dass die Führungshülse durch ein besonders einfaches Verfahren mit dem Gehäuse verbunden werden kann.
Vorzugsweise ist der Klebstoff bis zu einer Temperatur von mindestens 180 °C thermisch stabil.
Da im Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe häufig Spitzentemperaturen zwischen 150 °C und 180 °C auftreten können, ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff sich in diesem Temperaturbereich nicht erweicht und sich die Verbindung zwischen Gehäuse und Führungshülse nicht auflöst. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn der Klebstoff bis zu einer Temperatur von mindestens 180 °C thermisch stabil ist und nicht erweicht.
Weiter vorteilhaft ist der Klebstoff in Kraftstoffen, insbesondere in Benzin und/oder Diesel, unlöslich.
Es ist von Vorteil, wenn sich der Klebstoff durch den Kontakt mit Kraftstoff nicht auflöst und somit die Verbindung zwischen Gehäuse und Führungshülse nicht gelöst wird.
Beispielsweise kann ein Klebstoff auf Basis von Wasserglas und/oder Zement und/oder Polyurethan bereitgestellt werden. Kommerziell erhältlich sind Klebstoffe auf Basis dieser Materialien, die eine hohe Temperaturbeständigkeit und Unlöslichkeit in Kraftstoffen aufweisen, was aus den oben genannten Gründen vorteilhaft ist.
Vorzugsweise ist die Führungshülse in einem Rücksprung der Gehäuseausnehmung angeordnet, der sich angrenzend zu einem Druckraum der Kraftstoffhochdruckpumpe bis zu einem Raum am anderen Ende des Pumpenkolbens erstreckt. Dabei weist der Rücksprung vorzugsweise eine Rücksprungstirnfläche auf, an der eine Führungshülsenstirnfläche der Führungshülse angeordnet ist, wobei der Klebstoff zwischen der Rücksprungstirnfläche und der Führungshülsenstirnfläche angeordnet ist.
Durch bevorzugte Anordnung des Klebstoffs an den jeweiligen Stirnflächen von Führungshülse und Rücksprung entsteht vorteilhaft automatisch eine Abdichtung einer Fuge zwischen Gehäuseausnehmung und Führungshülse zum Druckraum hin. Dadurch kann vorteilhaft eine Kraftstoffleckage in die Fuge zwischen Gehäuseausnehmung und Führungshülse vermieden werden.
Vorzugsweise weist der Rücksprung eine Rücksprungseitenfläche auf, an der eine Führungshülsenseitenfläche angeordnet ist, wobei der Klebstoff zwischen der Rücksprungseitenfläche und der Führungshülsenseitenfläche angeordnet ist.
Ist der Klebstoff nicht nur im Bereich der Stirnflächen angeordnet, sondern bevorzugt auch im Bereich der Seitenflächen, entsteht eine vorzugsweise noch bessere Abdichtung der Fuge gegen eine Kraftstoffleckage.
Alternativ oder zusätzlich kann die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung aufweisen. Beispielsweise kann die Schweißverbindung eine Reibschweißverbindung sein, d. h. eine Schweißverbindung, bei der die Führungshülse durch vorteilhaftes Aneinanderreiben einer Führungshülsenoberfläche und einer Gehäuseausnehmungswand mit der Gehäuseausnehmung verbunden worden ist.
Schweißverbindungen haben den Vorteil, dass sie besonders fest und dicht gegen eine Kraftstoffleckage sind.
Alternativ oder zusätzlich kann die stoffschlüssige Verbindung auch einen Bereich aufweisen, in dem die Führungshülse an die Gehäuseausnehmung anvulkanisiert ist.
Vorteilhaft ist zwischen der Gehäuseausnehmung und zwischen der Führungshülse eine Dichtanordnung vorgesehen.
Eine zusätzliche Dichtanordnung verhindert gemeinsam mit der stoffschlüssigen Verbindung vorteilhaft das Eintreten von Kraftstoffleckage in die Fuge zwischen Gehäuseausnehmung und Führungshülse.
Bevorzugt ist die Führungshülse aus einem Material gebildet, das eine größere Härte aufweist als das Material des Gehäuses.
Dadurch kann vorteilhaft eine verschleißfeste Ausführung der Paarung Pumpenkolben/Führungshülse erzielt werden. Gleichzeitig kann die Kraftstoffhochdruckpumpe kostengünstiger ausgestaltet werden, da nur der Bereich, der einem Verschleiß durch Bewegung des Pumpenkolbens ausgesetzt ist, nämlich die Führungshülse, aus dem hochwertigeren Material gebildet ist, während das Gehäuse aus einem Standardmaterial gebildet ist, was kostengünstiger ist. Beispielsweise kann die Führungshülse aus einem gehärteten Edelstahl gebildet sein, während das Gehäuse aus einem normalen Edelstahl gebildet ist.
Es ist vorteilhaft, wenn auch in den Fällen, in denen die stoffschlüssige Verbindung eine Schweißverbindung bzw. einen anvulkanisierten Bereich aufweist, sich diese Bereiche an den jeweiligen Stirnseiten von Rücksprung und Führungshülse befinden, um hier zu einer bevorzugten Dichtwirkung der stoffschlüssigen Verbindung direkt im Bereich des Druckraumes zu führen.
Eine verbesserte Dichtigkeit der Verbindung kann weiter erzielt werden, wenn auch diese Art der stoffschlüssigen Verbindung – Schweißverbindung bzw. Anvulkanisieren – auch in Bereichen der Seitenflächen von Führungshülse und Rücksprung angeordnet werden.
Weiter ist es auch hier möglich, eine Dichtanordnung zwischen Gehäuseausnehmung und Führungshülse anzuordnen.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen einer Führungshülse und einer Gehäuseausnehmung;
2 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Führungshülse und der Gehäuseausnehmung;
3 eine Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen der Führungshülse und der Gehäuseausnehmung, wobei eine zusätzliche Dichtanordnung vorgesehen ist.
1 zeigt eine Längsschnittansicht auf eine Kraftstoffhochdruckpumpe 10, die ein Gehäuse 12 mit einer Gehäuseausnehmung 14 aufweist, in der ein Pumpenkolben 16 sowie eine Führungshülse 18 zum Führen des Pumpenkolbens 16 angeordnet sind.
Die Führungshülse 18 ist aus einem härteren Material gebildet als das Gehäuse 12, so dass im Bereich der Paarung Pumpenkolben 16/Führungshülse 18 eine verschleißfeste Ausführung der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 erzielt werden kann.
Die Gehäuseausnehmung 14 weist einen Rücksprung 20 auf, in dem die Führungshülse 18 angeordnet ist.
In einem oberen Bereich der Gehäuseausnehmung 14 ist ein Druckraum 22 gebildet, in den über ein Ventil 24 ein Kraftstoff 26 eingebracht werden kann.
Der Pumpenkolben 16 ist entlang einer Längsachse 28 beweglich in der Führungshülse 18 geführt. Dabei ist zwischen Führungshülse 18 und Pumpenkolben 16 ein Führungsspalt 30 gebildet, der im Betrieb mit dem Kraftstoff 26 als Schmiermittel befüllt ist, so dass die Führungshülse 18 im Betrieb kraftfrei in der Gehäuseausnehmung 14 angeordnet ist.
Durch die translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 16 entlang der Längsachse 28 wird der im Druckraum 22 befindliche Kraftstoff 26 verdichtet und mit hohem Druck beaufschlagt. Der mit Druck beaufschlagte Kraftstoff 26 wird dann über ein weiteres Ventil 32 aus dem Druckraum 22 abgelassen und einer nicht gezeigten Brennkammer einer Brennkraftmaschine zugeführt.
Der Rücksprung 20 öffnet sich gegenüberliegend zu dem Druckraum 22 zu einem Raum 34 am unteren Ende des Pumpenkolbens 16.
Die Führungshülse 18 ist in dem Rücksprung 20 über eine stoffschlüssige Verbindung 38 befestigt.
Die stoffschlüssige Verbindung 38 kann dabei von einem Klebstoff 40 gebildet sein und somit eine Klebeverbindung 41 bilden, es kann sich jedoch auch um eine Schweißverbindung 42 wie beispielsweise einer Reibschweißverbindung oder auch um einen anvulkanisierten Bereich 44 handeln.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die stoffschlüssige Verbindung 38 zwischen einer Rücksprungstirnfläche 46 und einer Führungshülsenstirnfläche 48, die in Nachbarschaft zu dem Druckraum 22 in dem Gehäuse 12 angeordnet sind, ausgebildet.
Es ist von Vorteil, wenn die stoffschlüssige Verbindung 38 resistent ist gegen einen Einfluss des Kraftstoffes 26, d. h. dass beispielsweise bei der Ausführungsform unter Verwendung von Klebstoff 40 der Klebstoff 40 in dem Kraftstoff 26 nicht löslich ist.
Weiter ist es von Vorteil, wenn die stoffschlüssige Verbindung 38, insbesondere der Klebstoff 40, Temperaturbereichen von bis zu 180 °C widerstehen kann und thermisch stabil ist, d. h. in diesen Temperaturbereichen nicht aufschmilzt.
In der Ausführungsform gemäß 1 dient die stoffschlüssige Verbindung 38 nicht nur der Verbindung von Gehäuseausnehmung 14 und Führungshülse 18, sondern gleichzeitig auch als Dichtanordnung 50, die eine Kraftstoffleckage von dem Druckraum 22 zu dem Raum 34 verhindert.
In einer zweiten Ausführungsform, gezeigt in der Längsschnittansicht in 2, ist die stoffschlüssige Verbindung 38 nicht nur an der Rücksprungstirnfläche 46 bzw. der Führungshülsenstirnfläche 48 angeordnet, sondern auch an Rücksprungseitenflächen 52 bzw. Führungshülsenseitenflächen 54. Dadurch kann eine noch bessere Befestigung der Führungshülse 18 in der Gehäuseausnehmung 14 und insgesamt auch eine bessere Abdichtwirkung der als Dichtanordnung 50 wirkenden stoffschlüssigen Verbindung 38 erzielt werden.
3 zeigt eine Längsschnittansicht einer dritten Ausführungsform der Kraftstoffhochdruckpumpe 10, bei der zusätzlich zu der stoffschlüssigen Verbindung 38 im Bereich der Rücksprungstirnfläche 46 bzw. der Führungshülsenstirnfläche 48 eine separate Dichtanordnung 50, beispielsweise ein O-Ring 56 zum Abdichten einer Fuge 58 zwischen der Gehäuseausnehmung 14 und der Führungshülse 18 gegen eine Kraftstoffleckage vorgesehen ist. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 10 weist somit eine erste Dichtanordnung 50 und eine zweite Dichtanordnung 50 unterschiedlicher Natur auf.
Die in den Ausführungsformen beschriebenen Ausgestaltungen der Kraftstoffhochdruckpumpe 10 haben zwei wesentliche Vorteile:
Erstens ersetzt die stoffschlüssige Verbindung 38 eine formschlüssige Verbindung der Bauteile Führungshülse 18 und Gehäuse 12 durch Einpressen und Verstemmen und vermeidet so das Auftreten von Spannungen über die hohen nötigen Montagekräfte, und somit gleichzeitig Verformungen an den Bauteilen.
Zweitens wirkt die stoffschlüssige Verbindung 38 als eine Abdichtung gegen eine Kraftstoffleckage aus dem Druckraum 22, so dass im Prinzip auf weitere Dichtanordnungen 50 verzichtet werden könnte.
Bezugszeichenliste

10: Kraftstoffhochdruckpumpe
12: Gehäuse
14: Gehäuseausnehmung
16: Pumpenkolben
18: Führungshülse
20: Rücksprung
22: Druckraum
24: Ventil
26: Kraftstoff
28: Längsachse
30: Führungsspalt
32: Ventil
34: Raum
36: Stößel
38: stoffschlüssige Verbindung
40: Klebstoff
41: Klebeverbindung
42: Schweißverbindung
44: anvulkanisierter Bereich
46: Rücksprungstirnfläche
48: Führungshülsenstirnfläche
50: Dichtanordnung
52: Rücksprungseitenfläche
54: Führungshülsenseitenfläche
56: O-Ring
58: Fuge

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

DE 10322603 B4 [0004]

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe (10), aufweisend – ein Gehäuse (12) mit einer Gehäuseausnehmung (14), und – eine in der Gehäuseausnehmung (14) angeordnete Führungshülse (18) zum Führen eines Pumpenkolbens (16) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10), wobei die Führungshülse (18) über eine stoffschlüssige Verbindung (38) mit der Gehäuseausnehmung (14) verbunden ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (38) eine Klebeverbindung (41) aufweist, die einen Klebstoff (40) umfasst.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (40) bis zu einer Temperatur von mindestens 180 °C thermisch stabil ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (40) in Kraftstoffen (26), insbesondere in Benzin und/oder Diesel, unlöslich ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (18) in einem Rücksprung (20) der Gehäuseausnehmung (14) angeordnet ist, der sich angrenzend zu einem Druckraum (22) der Kraftstoffhochdruckpumpe (10) bis zu einem Raum (34) an einem dem Druckraum (22) gegenüberliegenden Ende des Pumpenkolbens (16) erstreckt, wobei der Rücksprung (20) eine Rücksprungstirnfläche (46) aufweist, an der eine Führungshülsenstirnfläche (48) der Führungshülse (18) angeordnet ist, wobei der Klebstoff (40) zwischen der Rücksprungstirnfläche (46) und der Führungshülsenstirnfläche (48) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücksprung (20) eine Rücksprungseitenfläche (52) aufweist, an der eine Führungshülsenseitenfläche (54) angeordnet ist, wobei der Klebstoff (40) zwischen der Rücksprungseitenfläche (52) und der Führungshülsenseitenfläche (54) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (38) eine Schweißverbindung (42), insbesondere eine Reibschweißverbindung, aufweist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die stoffschlüssige Verbindung (38) einen Bereich aufweist, in dem die Führungshülse (18) an die Gehäuseausnehmung (14) anvulkanisiert ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gehäuseausnehmung (14) und der Führungshülse (18) eine Dichtanordnung (50) vorgesehen ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (18) aus einem Material gebildet ist, das eine größere Härte aufweist als das Material des Gehäuses (12).