DE102016104238A1 - Pump piston in a high-pressure pump - Google Patents
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Abstract
Ein Pumpenkolben in einer Hochdruckpumpe weist an einer Stirnseite eine Vertiefung auf, so dass die Kolbenwand im Bereich der Vertiefung eine gegenüber dem Kolbendurchmesser reduzierte Wandstärke besitzt.A pump piston in a high-pressure pump has a recess on one end face, so that the piston wall has a reduced wall thickness in the region of the recess compared to the piston diameter.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Pumpenkolben in einer Hochdruckpumpe. The invention relates to a pump piston in a high-pressure pump.
Aus der
Der Pumpenkolben ist mit Spiel im aufnehmenden, gehäuseseitigen Zylinder geführt, wobei das Spiel einen Kraftstoff-Leckagestrom entlang der Mantelfläche des Pumpenkolbens erlaubt. The pump piston is guided with play in the receiving, housing-side cylinder, wherein the game allows a fuel leakage flow along the lateral surface of the pump piston.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad einer Hochdruckpumpe zu verbessern. The invention has for its object to improve the efficiency of a high pressure pump.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.
Der erfindungsgemäße Pumpenkolben wird in einer Hochdruckpumpe eingesetzt, welche vorzugsweise zur Kraftstoffeinspritzung in Brennkraftmaschinen verwendet wird. Die Hochdruckpumpe wird beispielsweise durch einen von der Brennkraftmaschine angetriebenen Nocken gegen die Kraft eines auf die Kolben der Pumpe wirkenden Federelementes aus einer unteren Totpunktstellung angehoben und während dieses Kompressionshubs in eine obere Totpunktstellung versetzt, in der Kraftstoff an der Stirnseite des Pumpenkolbens unter Druck gesetzt wird. Der Hub des Pumpenkolbens ist vorteilhafterweise konstant. The pump piston according to the invention is used in a high-pressure pump, which is preferably used for fuel injection in internal combustion engines. The high-pressure pump is raised, for example by a driven by the engine cam against the force of a force acting on the piston of the pump spring element from a bottom dead center and during this compression stroke in an upper dead center position is set in the fuel at the end face of the pump piston under pressure. The stroke of the pump piston is advantageously constant.
Der Pumpenkolben weist an seiner hochdruckseitigen Stirnseite eine Vertiefung auf, die zu einer reduzierten Wandstärke der Kolbenwand im Bereich der Vertiefung führt. Die Vertiefung ist bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet und befindet sich mit radialem Abstand zur zylindrischen Mantelfläche des Pumpenkolbens. Dementsprechend ist die Kolbenwand mit einer Wandstärke im Bereich der Vertiefung versehen, die signifikant geringer ist als der Kolbendurchmesser. The pump piston has on its high-pressure side end face on a depression, which leads to a reduced wall thickness of the piston wall in the region of the recess. The recess is preferably formed rotationally symmetrical and is located at a radial distance from the cylindrical surface of the pump piston. Accordingly, the piston wall is provided with a wall thickness in the region of the depression, which is significantly smaller than the piston diameter.
Diese reduzierte Wandstärke der Kolbenwand erstreckt sich in Achsrichtung – bezogen auf die Längsachse des Pumpenkolbens – über die axiale Länge der Vertiefung und führt dazu, dass bei einem entsprechend hohen Druck, der von dem Fluid in der Aussparung beim Kompressionshub des Pumpenkolbens erzeugt wird, sich die Kolbenwand elastisch radial nach außen verformt, wodurch das Kolbenspiel im Bereich der Kolbenwand mit reduzierter Wandstärke herabgesetzt wird. Hierdurch reduziert sich auch der Leckagestrom zwischen der Mantelfläche des Pumpenkolbens und dem Innenmantel des den Pumpenkolben aufnehmenden Zylinders im Gehäuse der Hochdruckpumpe, wodurch der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe verbessert wird. This reduced wall thickness of the piston wall extends in the axial direction - with respect to the longitudinal axis of the pump piston - over the axial length of the recess and causes at a correspondingly high pressure, which is generated by the fluid in the recess during the compression stroke of the pump piston, the Piston wall elastically deformed radially outward, whereby the piston clearance is reduced in the region of the piston wall with reduced wall thickness. This also reduces the leakage flow between the lateral surface of the pump piston and the inner shell of the pump piston receiving cylinder in the housing of the high-pressure pump, whereby the efficiency of the high pressure pump is improved.
Die radiale Aufweitung der Kolbenwand im Bereich der Vertiefung erfolgt im linear-elastischen Bereich und nimmt mit abnehmendem Druck in der Vertiefung wieder ab. Der maximale Druck in der Vertiefung wird im oder benachbart zum oberen Totpunkt des Pumpenkolbens erreicht. Während des Entspannungshubs bei der Überführungsbewegung des Pumpenkolbens vom oberen zum unteren Totpunkt nimmt der Druck in der stirnseitigen Vertiefung ab, so dass sich die radiale Aufweitung der Kolbenwand reduziert, gegebenenfalls bis zum unbelasteten Ausgangszustand. Bei einer erneuten Überführungsbewegung vom unteren zum oberen Totpunkt wird während des Kompressionshubs der Druck in der stirnseitigen Vertiefung wieder erhöht und die Kolbenwand erneut radial aufgeweitet. Im unbelasteten Ausgangszustand weist der Pumpenkolben vorteilhafterweise eine zylindrische Außenkontur auf. The radial widening of the piston wall in the region of the depression takes place in the linear-elastic region and decreases again as the pressure in the depression decreases. The maximum pressure in the recess is reached in or adjacent to top dead center of the pump piston. During the expansion stroke in the transfer movement of the pump piston from the top to bottom dead center, the pressure in the front-side recess decreases, so that the radial expansion of the piston wall is reduced, possibly to the unloaded initial state. In a renewed transfer movement from the bottom to the top dead center, the pressure in the front-side depression is increased again during the compression stroke and the piston wall is again radially expanded. In the unloaded initial state, the pump piston advantageously has a cylindrical outer contour.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung beträgt die axiale Tiefe der Vertiefung beispielsweise mindestens ein Viertel des Kolbendurchmessers. Dies gewährleistet einen ausreichend großen axialen Überstand der Kolbenwand mit reduzierter Wandstärke und ein entsprechendes radiales Aufweitungsvermögen zur gewünschten Reduzierung des Spiels, mit dem der Pumpenkolben im oberen Totpunkt im Zylinder der Hochdruckpumpe aufgenommen ist. Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, dass axiale Tiefe der Vertiefung maximal ein Drittel des Kolbendurchmessers beträgt, was für die gewünschte radiale Elastizität der Kolbenwand ausreichend ist. According to an advantageous embodiment, the axial depth of the recess, for example, at least a quarter of the piston diameter. This ensures a sufficiently large axial projection of the piston wall with reduced wall thickness and a corresponding radial expansion capacity for the desired reduction of the game, with which the pump piston is received at top dead center in the cylinder of the high-pressure pump. Furthermore, it may be appropriate that the axial depth of the recess is at most one third of the piston diameter, which is sufficient for the desired radial elasticity of the piston wall.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung beträgt die radiale Dicke der Kolbenwand im Bereich der Vertiefung maximal ein Drittel des Kolbendurchmessers. Auch hierdurch ist sichergestellt, dass die Kolbenwand dünn genug ist, dass bei einem entsprechend hohen Druck in der Vertiefung die gewünschte radiale Aufweitung zur Spielreduzierung stattfindet. According to a further expedient embodiment, the radial thickness of the piston wall in the region of the recess is at most one third of the piston diameter. This also ensures that the piston wall is thin enough that at a correspondingly high pressure in the recess, the desired radial expansion takes place to reduce the game.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Kolbenwand mit reduzierter Wandstärke über ihre axiale Länge eine konstante Wandstärke auf. Alternativ sind auch Ausführungen möglich, bei denen die Kolbenwand über ihre axiale Länge eine nicht-konstante Wandstärke besitzt und sich insbesondere zu ihrer freien Stirnseite hin verjüngt, insbesondere konisch ausgebildet ist. Im Bereich der freien Stirnseite besitzt dementsprechend die Kolbenwand die geringste radiale Dicke und kann sich an dieser Stelle am stärksten radial aufweiten. According to yet another expedient embodiment, the piston wall with reduced wall thickness over its axial length to a constant wall thickness. Alternatively, embodiments are possible in which the piston wall over its axial Length has a non-constant wall thickness and in particular tapers to its free end face, in particular is conical. Accordingly, in the region of the free end face, the piston wall has the smallest radial thickness and can expand radially most at this point.
Im Fall einer Kolbenwand mit in Achsrichtung nicht-konstanter Dicke bezieht sich die Angabe zur radialen Dicke der Kolbenwand auf einen mittleren Wert, gemittelt über die axiale Erstreckung der Kolbenwand. In the case of a piston wall with non-constant thickness in the axial direction, the indication of the radial thickness of the piston wall refers to an average value, averaged over the axial extent of the piston wall.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist das Verhältnis des Quadrats der radialen Dicke der Kolbenwand zur axialen Tiefe der Vertiefung maximal so groß wie ein Viertel des Kolbendurchmessers. Auch bei diesem Verhältnis ist eine gewünschte radiale Aufweitung der Kolbenwand im Bereich des oberen Totpunktes zur Spielreduzierung gewährleistet. According to yet another advantageous embodiment, the ratio of the square of the radial thickness of the piston wall to the axial depth of the recess is at most as large as a quarter of the piston diameter. Even with this ratio, a desired radial expansion of the piston wall in the region of top dead center is guaranteed to reduce the game.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist die Vertiefung in der Kolbenstirnseite scheibenförmig ausgebildet. Das Fluid wird mit Annäherung an den oberen Totpunkt während des Kompressionshubs des Pumpenkolbens in der Vertiefung aufgenommen, wobei mit zunehmendem Druck des Fluids die Kolbenwand stärker radial aufgeweitet wird. According to yet another expedient embodiment, the recess in the piston end face is disc-shaped. The fluid is received in the recess as it approaches top dead center during the compression stroke of the pump piston, with increasing radial expansion of the piston wall as the pressure of the fluid increases.
In einer alternativen Ausführung ist die Vertiefung in der Kolbenstirnseite als Ringnut ausgebildet. Die Ringnut füllt sich mit dem Fluid, das mit Annäherung an den oberen Totpunkt einem stärker werdenden Druck ausgesetzt ist, wodurch sich die gewünschte radiale Aufweitung der Kolbenwand einstellt. In an alternative embodiment, the recess in the piston end face is formed as an annular groove. The annular groove fills with the fluid, which is exposed to an increasing pressure as it approaches the top dead center, which sets the desired radial expansion of the piston wall.
Das Spiel zwischen der Mantelfläche des unverformten Pumpenkolbens und dem Innenmantel des aufnehmenden Zylinders der Hochdruckpumpe beträgt vorteilhafterweise maximal 10 m. Durch die radiale Aufweitung der Kolbenwandmit Annäherung an den oberen Totpunkt reduziert sich das Spiel vorteilhafterweise auf einen Wert von maximal 4 m, beispielsweise 2 m oder 3 m. The clearance between the lateral surface of the undeformed pump piston and the inner jacket of the female cylinder of the high-pressure pump is advantageously not more than 10 m. Due to the radial widening of the piston wall approaching the top dead center, the clearance is advantageously reduced to a maximum value of 4 m, for example 2 m or 3 m.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen: Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Wie
Der Pumpenkolben
In den
Die ringförmige Vertiefung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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DE102016104238.2A DE102016104238A1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Pump piston in a high-pressure pump |
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DE102016104238.2A DE102016104238A1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Pump piston in a high-pressure pump |
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DE102016104238A1 true DE102016104238A1 (en) | 2017-09-14 |
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DE102016104238.2A Pending DE102016104238A1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Pump piston in a high-pressure pump |
Country Status (1)
Country | Link |
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2016
- 2016-03-09 DE DE102016104238.2A patent/DE102016104238A1/en active Pending
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