DE102007002729B3 - Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen sowie Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen sowie Herstellungsverfahren hierfür Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe (12) für Einspritzsysteme (1) von Brennkraftmaschinen sowie Verfahren zur Herstellung solcher Kraftstoffpumpen (12). Um bei einer Kraftstoffpumpe (12) umfassend mehrere Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) das Öffnungsverhalten von ansaugseitigen Rückschlagventilen (40-1, 40-2, 40-3) zu verbessern, wird gemäß der Erfindung die in der Praxis z. B. aufgrund von Fertigungstoleranzen unvermeidbare Variation der Öffnungsdrücke der Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) gezielt ausgenutzt. Hierfür kann z. B. der Umstand berücksichtigt werden, dass der auf der Ansaugseite eines Rückschlagventils (40-1, 40-2, 40-3) herrschende Kraftstoffdruck einen hydrostatischen Druckanteil besitzt, der von der geodätischen Höhe des betreffenden Rückschlagventils (40-1, 40-2, 40-3) in der Verwendungssituation der Pumpe (12) abhängt. Erfindungsgemäß befinden sich die Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) in der vorbestimmten Einbaulage (V) eines Pumpengehäuses (32) auf unterschiedlichen Höhen, wobei das Rückschlagventil (40-1) mit dem kleinsten Öffnungsdruck am höchsten angeordnet ist und/oder das Rückschlagventil (40-2, 40-3) mit dem größten Öffnungsdruck am tiefsten angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, beispielsweise zur Kraftstoffhochdruckversorgung von Speichereinspritzsystemen (z. B. "Common-Rail"). Insbesondere betrifft die Erfindung neben diesen Kraftstoffeinspritzsystemen die dafür verwendeten Kraftstoffpumpen sowie ein Verfahren zur Herstellung von derartigen Kraftstoffpumpen (z. B. industrielle Serienfertigung).
  • Bei modernen Speichereinspritzsystemen im Automobilbereich ist zumeist eine bedarfsgerecht fördernde Hochdruckpumpe vorgesehen, mittels welcher nur diejenige Menge an Kraftstoff in den Hochdruckteil (Druckspeicher) gefördert und auf Hochdruck (z. B. mehr als 1000 bar) gebracht wird, die aktuell tatsächlich benötigt wird. Bei einer als Verdrängerpumpe ausgebildeten Kraftstoffpumpe muss das Pumpenhubvolumen so ausgelegt sein, dass der größtmögliche Systembedarf abgedeckt wird. Dieser Systembedarf setzt sich zusammen aus der vom Motor benötigten Einspritzmenge und den Leckageverlusten, die insbesondere im Bereich der Pumpe und den Kraftstoffinjektoren auftreten und zumeist von Betriebsparametern wie Laufzeit und Kraftstofftemparatur abhängig sind. Üblicherweise ist der Gesamtsystemverbrauch am Lebensdauerende bestimmend für die Auslegung des Pumpenhubvolumens.
  • Zur Realisierung einer bedarfsgerechten Kraftstoffförderung ist es bekannt, die Pumpe unter "Saugdrosselung" zu betreiben, was auch als Teilförderung der Pumpe bezeichnet wird. Dazu wird der Zustrom von Kraftstoff zu den Einlassventilen (Rückschlagventile) dem aktuellen Systembedarf entsprechend eingestellt, z. B. mittels einer verstellbaren Drossel geregelt.
  • Gemäß eines auf internen betrieblichen Kenntnissen der Anmelderin beruhenden Stands der Technik wird ein ansaugseitig geregelter Volumenstrom über einen Ringkanal gleichzeitig zu mehreren ansaugseitigen Rückschlagventilen geführt, welche sich jeweils bei einem vorbestimmten Öffnungsdruck (Kraftstoffdruckdifferenz) öffnen, um Kraftstoff in eine zugeordnete Pumpeinheit (Pumpkolben-Pumpzylinder-Einheit) einzulassen.
  • Die Rückschlagventile sind hierbei federvorbelastet, so dass der den Ventilöffnungsvorgang bewirkende Differenzdruck durch die Eigenschaften einer Federeinrichtung (z. B. Spiralfeder oder Federteller etc.) definiert wird.
  • Um ein möglichst gleichmäßiges Öffnen der Rückschlagventile und somit eine gute Gleichförderung der mit mehreren Pumpeinheiten ausgestatteten Pumpe auch unter Saugdrosselung zu gewährleisten, werden in der Serienproduktion der Kraftstoffpumpen die Öffnungsdrücke der zunächst separat gefertigten Rückschlagventile gemessen, die Ventile in "Öffnungsklassen" sortiert und dann jeweils klassenweise verbaut ( DE 199 02 259 B4 ).
  • Jedoch sind der Toleranzbreite aufgrund der Federtoleranzen Grenzen gesetzt, so dass es in der Praxis unvermeidlich ist, dass die in einer Kraftstoffpumpe verbauten Rückschlagventile sich in ihrem Öffnungsdruck geringfügig unterscheiden.
  • Dies führt zu einer entsprechenden Ungleichmäßigkeit bei der Zusammensetzung der Gesamtförderung der Pumpe aus den einzelnen Förderanteilen der Pumpeinheiten.
  • Besonders gravierend ist diese Problematik, wenn die Pumpe unter Saugdrosselung betrieben wird. Bei einer extremen Saugdrosselung der Pumpe kann es sogar vorkommen, dass eine Pumpeinheit (z. B. Verdrängereinheit wie Pumpkolben-Pumpzylinder-Einheit) vollkommen "wegbleibt", d. h. an der Kraftstoffförderung nicht mehr teilnimmt, weil der ansaugseitige Kraftstoffdruck nicht mehr zum Öffnen des betreffenden Rückschlagventils ausreicht. Eine 3-Kolben-Pumpe arbeitet dann z. B. nur noch als 2-Kolben-Pumpe. Die dadurch entstehenden größeren Druckpulsationen der Pumpe führen zu einer Reihe von Nachteilen. Beispielsweise haben Druckpulsationen einen negativen Einfluss auf die Druckregelung speziell im Leerlauf und in einem unteren Motorteillastbereich (unruhiger Motorlauf).
  • Eine Maßnahme, mit welcher die vorstehend erläuterte Problematik gemildert werden könnte, ist die Verwendung einer Druckregelung mit Überdruckventil im Hochdruck. Durch diese Maßnahme bzw. durch die im Hochdruck realisierten Absteuermengen kann eine besonders extreme Saugdrosselung der Pumpe vermieden werden. Zu bedenken ist hierbei jedoch, dass auch in diesem Fall eine unerwünschte Ungleichmäßigkeit des Pumpenbetriebs verbleibt und die Realisierung einer Druckregelung im Hochdruckbereich einen unerwünschten Energieeintrag (Kraftstofftemperaturerhöhung) in das System bedeutet.
  • Die DE 199 27 826 A1 schlägt zur Verbesserung der Gleichförderung vor, dass jedes der Saugventile während der Saugphase des dem Saugventil zugeordneten Pumpenelements für einen bestimmten Zeitraum als einziges Saugventil der Pumpenanordnung geöffnet ist.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erläuterten Nachteile zu verringern und das Öffnungsverhalten von ansaugseitigen Rückschlagventilen einer Kraftstoffpumpe umfassend mehrere Pumpeinheiten zu verbessern.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung ist eine Kraftstoffpumpe für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen vorgesehen, umfassend ein Pumpengehäuse mit einer vorbestimmten Einbaulage, in welchem mehrere Pumpeinheiten und den Pumpeinheiten jeweils zugeordnete ansaugseitige Rückschlagventile angeordnet sind, die sich jeweils bei einem vorbestimmten Öffnungsdruck zum Einlass von Kraftstoff in die zugeordnete Pumpeinheit öffnen, wobei die Rückschlagventile sich in der vorbestimmten Einbaulage des Pumpengehäuses geodätisch auf unterschied lichen Höhen befinden, und wobei das Rückschlagventil mit dem kleinsten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am höchsten angeordnet ist und/oder das Rückschlagventil mit dem größten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am tiefsten angeordnet ist.
  • Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Kraftstoffpumpen für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen folgende Schritte:
    • – Bereitstellung von mehreren Pumpengehäusen mit einer vorbestimmten Einbaulage, und
    • – Anordnung von mehreren Pumpeinheiten und den Pumpeinheiten jeweils zugeordneten ansaugseitigen Rückschlagventilen in jedem der bereitgestellten Pumpengehäuse, die sich jeweils bei einem vorbestimmten Öffnungsdruck zum Einlass von Kraftstoff in die zugeordnete Pumpeinheit öffnen lassen, derart, dass die Rückschlagventile sich in der vorbestimmten Einbaulage des Pumpengehäuses geodätisch auf unterschiedlichen Höhen befinden und dass für jede Kraftstoffpumpe das Rückschlagventil mit dem kleinsten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am höchsten angeordnet wird und/oder das Rückschlagventil mit dem größten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am tiefsten angeordnet wird.
  • Die Grundidee der Erfindung besteht darin, die in der Praxis z. B. aufgrund von Fertigungstoleranzen unvermeidbare Variation der Öffnungsdrücke bzw. Öffnungsdruckdifferenzen der Rückschlagventile ein und derselben Kraftstoffpumpe gezielt auszunutzen.
  • Gemäß der Erfindung wird der Umstand berücksichtigt, dass der auf der Ansaugseite eines Rückschlagventils herrschende Kraftstoffdruck einen hydrostatischen Druckanteil besitzt, der von der geodätischen Höhe des betreffenden Rückschlagventils in der Verwendungssituation der Pumpe abhängt. Je höher ein Rückschlagventil im Pumpengehäuse angeordnet ist, desto geringer ist der ansaugseitig wirkende hydrostatische Druckanteil, und umgekehrt. Die relativ hohe Anordnung eines Rückschlagventils mit kleinerem Öffnungsdruck und/oder die relativ tiefe Anordnung eines Rückschlagventils mit größerem Öffnungsdruck ermöglicht vorteilhaft eine wenigstens teilweise Kompensation der unterschiedlichen Öffnungsdrücke im Betrieb der Pumpe.
  • Ferner ist zu berücksichtigen, dass in dem Fall, in welchem der Kraftstoff Gasanteile enthält (z. B. Luft, die durch Un dichtigkeiten im Niederdruckbereich beigemischt wird oder aus dem Kraftstoff selbst freigesetzte Gasanteile), sich diese Gasanteile bevorzugt in höheren Bereichen ansammeln werden. Auch dieser Effekt begünstigt eine Minderfüllung der höher gelegenen Pumpeinheiten (Verdränger), was jedoch gemäß der Erfindung vorteilhaft berücksichtigt bzw. kompensiert werden kann.
  • Die Erfindung eignet sich insbesondere für Hochdruck-Kraftstoffpumpen bzw. Hochdruck-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge (z. B. "Common-Rail"-Einspritzsysteme).
  • Es hat sich für Kraftstoffpumpen zur Versorgung von Brennkraftmaschinen im automobilen Bereich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass aufgrund der typischen Bauformen und geometrischen Abmessungen der betreffenden Pumpen eine besonders effiziente Vergleichmäßigung des Öffnungsverhaltens der Rückschlagventile erreicht werden kann. Die sich aufgrund der typischen geodätischen Höhenunterschiede und der typischen Kraftstoffdichten (z. B. von Benzin oder Diesel) ergebenden hydrostatischen Druckunterschiede liegen etwa in der Größenordnung von 0,1 bar oder weniger, was in etwa der Toleranzbreite einer (gegebenenfalls durch grobe Sortierung erhaltenen) Öffnungsklasse entspricht.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Pumpengehäuse Befestigungseinrichtungen wie z. B. Schraublöcher, Befestigungs- und/oder Zentrierstifte, einen oder mehrere Befestigungsflansche etc. aufweist, welche die Einbaulage der Pumpe definieren. In Verbindung mit korrespondierenden Befestigungseinrichtungen in der Installationsumgebung der Kraftstoffpumpe, z. B. im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, kann damit z. B. festgelegt werden, wo bei der eingebauten Pumpe oben und unten ist (Verwendungsorientierung).
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass indem Pumpengehäuse ein ansaugseitiger, mit allen Rückschlagventilen in Verbindung stehender Ringkanal zur Zufuhr von Kraftstoff zu den Pumpeinheiten angeordnet ist.
  • Die Gestaltung, insbesondere das Volumen, eines solchen Ringkanals, welcher z. B. einen Ausgang eines Volumenstromeinstellventils mit den ansaugseitigen Rückschlagventilen der Pumpe verbindet, besitzt Einfluss auf das Öffnungsverhalten der Rückschlagventile. Der Ringkanal sollte so gestaltet sein, dass er sowohl einen maximal geforderten Volumenstrom als auch kleinstmögliche Mengen gleichmäßig auf die verschiedenen Rückschlagventile verteilt. Ein sehr kleines Kanalvolumen führt zu starken Verlusten bei größeren Fördermengen. Andererseits verursacht ein zu großes Kanalvolumen bei kleineren Fördergraden der Pumpe eher ein Wegbleiben einer oder mehrerer Pumpeinheiten (z. B. Verdränger). Die Auslegung des Kanals basiert daher in der Praxis auf einem Kompromiss hinsichtlich eines Zielkonfliktes. Mit der Erfindung wird jedoch vorteilhaft eine größere Freiheit bei der konstruktiven Gestaltung der ansaugseitigen Leitungsverbindung zu den Rückschlagventilen hin geschaffen.
  • Eine im Rahmen der Erfindung bevorzugte Ausbildung jeder Pumpeinheit als eine Verdrängerpumpeinheit kann beispielsweise durch Pumpeinheiten mit einem Pumpkolben geschaffen werden, der zur Hin- und Herbewegung in Richtung einer jeweiligen Pumpkolbenachse in dem Pumpengehäuse geführt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kraftstoffpumpe als Radialpumpe, insbesondere Radialkolbenpumpe, mit einer in dem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle ausgebildet, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung eine oder mehrere nockenartige Erhebungen aufweist, um die mehreren Pumpeinheiten bei einer Drehung der Antriebswelle zu betätigen.
  • Derartige Radialkolbenpumpen sind an sich bekannt. Deren Pumpeinheiten können z. B. in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet sein (z. B. drei Pumpeinheiten, die um je weils 120° versetzt zueinander um die Antriebswelle herum angeordnet sind).
  • Bei einer Radialkolbenpumpe mit drei Pumpeinheiten, die in der Verwendungssituation jeweils um 120° versetzt zueinander um eine im Wesentlichen horizontal verlaufende Antriebswelle herum angeordnet sind, kann die Pumpe je nach gewählter Verwendungsorientierung einer von drei "geometrischen Klassen" zugeordnet werden. Eine erste Möglichkeit besteht darin, dass eine Pumpeinheit geodätisch besonders hoch und die anderen Pumpeinheiten demgegenüber niedriger, jedoch relativ zueinander auf gleicher Höhe angeordnet sind. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass eine Pumpeinheit besonders tief angeordnet ist und die beiden anderen Pumpeinheiten demgegenüber höher, jedoch relativ zueinander auf gleicher Höhe angeordnet sind. Eine dritte Möglichkeit besteht schließlich darin, dass alle drei Pumpeinheiten auf unterschiedlichen Höhen angeordnet sind.
  • Je nach Konstruktion bzw. Fertigungsmethode und daraus sich ergebender Verteilung der Rückschlagventilöffnungsdrücke (über die Toleranzbandbreite), kann es im Einzelfall von Vorteil sein, bei der konkreten Wahl der Einbaulage der Kraftstoffpumpe eine der obigen drei Möglichkeiten zu bevorzugen.
  • Die Erfindung ist besonders interessant für die Montage von Rückschlagventilen, deren fertigungsbedingte Öffnungsdruck-Toleranzbandbreite größer ist als 5% des betreffenden Nenn-Öffnungsdrucks.
  • Eine bevorzugte Verwendung der Erfindung besteht für die industrielle Serienfertigung von Hochdruckpumpen für Speichereinspritzsysteme von Kraftfahrzeugen. Insbesondere in diesem Anwendungsbereich kann der Nenn-Öffnungsdruck beispielsweise im Bereich von etwa 0,2 bis 2 bar liegen und kann die Öffnungsdruck-Toleranzbandbreite z. B. im Bereich von 5 bis 10% des Nenn-Öffnungsdrucks liegen.
  • In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Rückschlag ventile jeweils einen federvorbelasteten Ventilkörper aufweisen und sich durch eine kraftstoffdruckbedingte Federkraftüberwindung öffnen lassen. Diesbezüglich kann vorteilhaft auf an sich bekannte und etablierte Ventilkonstruktionen zurückgegriffen werden.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystem ist wenigstens eine Pumpe der oben erläuterten Art vorgesehen, beispielsweise zur Förderung von Kraftstoff in einen Druckspeicher mit einem Speicherdruck von mehr als 100 bar, insbesondere mehr als 1000 bar.
  • Das Kraftstoffeinspritzsystem kann ferner eine Vorförderpumpe zum Fördern von Kraftstoff in einen mit allen Pumpeinheiten in Verbindung stehenden Ringkanal aufweisen. Dieser Ringkanal kann z. B. wenigstens teilweise im Pumpengehäuse ausgebildet sein.
  • Die Vorförderpumpe kann z. B. im Pumpengehäuse (der Hachdruckpumpe) integriert sein, z. B. von derselben Antriebswelle angetrieben. Alternativ kann die Vorförderpumpe auch extern vorgesehen sein.
  • Ferner kann das Kraftstoffeinspritzsystem Mittel zur Begrenzung der ansaugseitigen Kraftstoffförderung durch den Ringkanal umfassen. Die im Stand der Technik bei einer solchen Vorförderungsbegrenzung (z. B. Saugdrosselung) einhergehende Gefahr eines ungleichmäßigen Pumpenlaufs bzw. sogar eines Wegbleibens eines oder mehrerer Pumpeinheiten ist durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erheblich reduziert. Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem eignet sich daher insbesondere auch für extreme Begrenzungen der ansaugseitigen Kraftstoffförderung, bei welchen ein Pumpenhubvolumen nur zu einem ganz geringen Anteil tatsächlich genutzt wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben. Es stellt schematisiert dar:
  • Fig. ein Hochdruck-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
  • Die einzige Figur veranschaulicht ein Kraftstoffeinspritzsystem 1 zum Fördern von Kraftstoff aus einem nicht dargestellten Kraftstoffreservoir (Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs) in einen nicht dargestellten Hochdruckteil (z. B. "Common-Rail") einer Kraftstoffinjektoranordnung.
  • Die drei Pfeile a, b und c symbolisieren eine Kraftstoffzufuhr vom Reservoir zum Einspritzsystem 1 (Pfeil a), eine Kraftstoffförderung zum Hochdruckspeicher des Systems (Pfeil b), und eine Kraftstoffrückführung (Absteuerung im Hochdruck, Pfeil c).
  • Das Einspritzsystem 1 umfasst eine Vorförderpumpe 10 und eine nachgeschaltete Hochdruckpumpe 12. Im dargestellten Ausführungsbeispiel fördert die Vorförderpumpe 10 den drucklosen Kraftstoff aus einem Kraftstoffzulauf 14 mit einem Druck von einigen bar in eine Niederdruckleitung 16.
  • Zwei Abzweigungen der Niederdruckleitung 16 führen einerseits zu einem mechanischen Vordruckregler 18, welcher bei übermäßig hohem Druck in der Leitung 16 Kraftstoff in den drucklosen Teil zurückführt, und andererseits zu einer Spülleitung 20, welche einen kleinen Kraftstoffanteil über ein Spül/Schmierventil 22 zu Schmierzwecken in einen Kurbelraum der Hochdruckpumpe 12 führt.
  • Aus der Niederdruckleitung 16 gelangt der Kraftstoff über ein Volumenstromregelventil 24 ("VCV") und eine weitere Niederdruckleitung 26 zur Hochdruckpumpe 12. Die Niederdruckleitung 26 mündet in einen ansaugseitigen Ringkanal 28, der mit drei Pumpeinheiten 30-1, 30-2 und 30-3 der Hochdruckpumpe 12 in Verbindung steht.
  • Die Bezugszahlen von in einer Ausführungsform mehrfach vorgesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl). Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden, auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
  • Die Hochdruckpumpe 12 ist in an sich bekannter Weise als eine Radialkolbenpumpe mit einer in einem Pumpengehäuse 32 drehbar gelagerten Antriebswelle 33 ausgebildet, die einen exzentrisch angeordneten Wellenabschnitt 34 aufweist, um die Pumpeinheiten 30-1, 30-2 und 30-3 bei einer Drehung (siehe Pfeil) der Antriebswelle 33 zyklisch zu betätigen.
  • Die in der Figur obere Pumpeinheit 30-1 umfasst einen in radialer Richtung (bezüglich der Antriebswelle 33) im Pumpengehäuse 32 geführten Pumpkolben 36-1, der bei einer Drehung der Antriebswelle 33 durch den exzentrischen Wellenabschnitt 34 und einen davon durchsetzten Exzenterring 38 für eine radiale Hin- und Herbewegung angetrieben wird.
  • Der Pumpkolben 36-1 begrenzt einen zwischen einem ansaugseitigen Rückschlagventil 40-1 und einem druckseitigen Rückschlagventil 42-1 angeordneten Arbeitsraum, der durch die Hin- und Herbewegung des Pumpkolbens 36-1 regelmäßig verkleinert und vergrößert wird, so dass Kraftstoff während der Vergrößerung des Arbeitsraums über das Rückschlagventil 40-1 in den Arbeitsraum eingelassen wird und während der Verkleinerung des Arbeitsraums über das Rückschlagventil 42-1 in einen Hochdruckbereich ausgestoßen wird.
  • Der Antrieb des Pumpkolbens 36-1 in der Figur nach oben erfolgt durch eine aufwärts gerichtete Komponente der Taumelbewegung des Exzenterrings 38, die durch den exzentrischen Wellenabschnitt 34 bewirkt wird. Die Bewegung des Pumpkolbens 36-1 in der Figur nach unten wird durch eine Rückstellfeder 44-1 getrieben.
  • Die Pumpeinheiten 30-2 und 30-3 sind identisch zu der Pumpeinheit 30-1 aufgebaut (jedoch um +/– 120° winkelversetzt).
  • Der ansaugseitige Ringkanal 28 der Hochdruckpumpe 12 ist wie dargestellt mit allen ansaugseitigen Rückschlagventilen 40-1, 40-2 und 40-3 der Pumpeinheiten 30-1, 30-2 und 30-3 verbunden und gewährleistet somit eine gemeinsame Kraftstoffzufuhr ausgehend von der Druckseite der Vorförderpumpe 10 zur Ansaugseite der Hochdruckpumpe 12.
  • Die Rückschlagventile 40-1, 40-2 und 40-3 sind in an sich bekannter Weise jeweils mit einem federvorbelasteten Ventilkörper versehen, der durch die Kraft einer Federeinrichtung (hier: Spiraldruckfeder) gegen einen Ventilsitz gedrückt wird. Durch eine kraftstoffdruckbedingte Federkraftüberwindung lassen sich die Rückschlagventile jedoch öffnen. Die hierzu notwendige öffnungskraft wird bei einem vorbestimmten öffnungsdruck des Kraftstoffs auf der Ansaugseite (bezüglich des Drucks im Arbeitsraum), also im Ringkanal 28, bereitgestellt.
  • Hochdruckseitig sind die Rückschlagventile 42-1, 42-2 und 42-3 ebenfalls mit einem gemeinsamen Ringkanal 46 verbunden, der wiederum mit einer Hochdruckleitung 48 verbunden ist, ausgehend von welcher die Hochdruckförderung von Kraftstoff zum nicht dargestellten Hochdruckspeicher erfolgt (vgl. Pfeil b). An dieser Hochdruckleitung 48 ist ferner ein Hochdruckventil 50 (z. B. PCV: "pressure control valve", oder PLV: "pressure 1imitation valve") vorgesehen, um bei übermäßigem Druck einen Teil des von der Hochdruckpumpe 12 geförderten Kraftstoffs in eine Rücklaufleitung 52 auszulassen, die z. B. zum Kraftstoffreservoir und/oder auf die Ansaugseite einer der Pumpen 10 oder 12 führt (vgl. Pfeil c). Im dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft ausgehend von dem Hochdruckregelventil 50 ferner eine Leitung 54 zum Kurbelraum der Hochdruckpumpe 12.
  • Abweichend von der schematisierten Darstellung von der Figur sind die Ringkanäle 28 und 46 tatsächlich innerhalb des Pumpengehäuses 32 ausgebildet.
  • Im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems 1 dient das Volumenstromregelventil 24 dazu, die Strömungsrate der Kraftstoffzufuhr zur Hochdruckpumpe 12 zu begrenzen bzw. einzustellen ("Saugdrosselung"). In einem solchen Betriebsmodus werden die Arbeitsräume der Pumpeinheiten 30 bei jedem Pumpenhub nur teilweise mit Kraftstoff gefüllt, um dementsprechend die hochdruckseitige Förderung zum Druckspeicher (vgl. Pfeil b) dem aktuellen Systembedarf anzupassen.
  • Bei einer solchen Saugdrosselung bzw. Teilförderung bestand im Stand der Technik prinzipiell das Problem, dass aufgrund geringfügiger Abweichungen der Öffnungscharakteristiken der einzelnen Rückschlagventile auf der Ansaugseite der Hochdruckpumpe die mehreren Pumpeinheiten ungleichmäßig genutzt wurden oder sogar eine oder mehrere Pumpeinheiten völlig "wegblieben".
  • Diese Problematik ist bei dem dargestellten Einspritzsystem 1 bzw. den darin verwendeten ansaugseitigen Rückschlagventilen 40 jedoch in nachfolgend beschriebener Weise erheblich entschärft.
  • Die Hochdruckpumpe 12 besitzt eine vorbestimmte Einbaulage, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Vertikalrichtung V des Pumpengehäuses 32 im eingebauten Zustand (im Motorraum eines Kraftfahrzeuges) definiert.
  • Wie es aus der Figur ersichtlich ist, befinden sich die Pumpeinheiten 30-1, 30-2 und 30-3 und dementsprechend die unmittelbar am Eingang dieser Pumpeinheiten angeordneten ansaugseitigen Rückschlagventile 40-1, 40-2 und 40-3 in dieser Einbaulage geodätisch auf unterschiedlichen Höhen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich z. B. das Rückschlagventil 40-1 auf relativ großer Höhe, wohingegen die Rückschlagventile 40-2 und 40-3 demgegenüber niedriger angeordnet sind.
  • Die konstruktionsbedingten Höhenunterschiede zwischen den Rückschlagventilen 40-1, 40-2 und 40-3 in der Verwendungssituation führen zu entsprechenden hydrostatischen Druckunterschieden auf der Ansaugseite der drei Rückschlagventile (und gegebenenfalls auch zu Unterschieden bei der Gasansammlung bzw. -konzentration an den Rückschlagventilen). Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird daher der ansaugseitige Kraftstoffdruck am Rückschlagventil 40-1 stets etwas niedriger sein als die entsprechenden Drücke an den Rückschlagventilen 40-2 und 40-3.
  • Eine Besonderheit der Hochdruckpumpe 12 besteht nun darin, dass die hydrostatischen Druckunterschiede gezielt ausgenutzt werden, um toleranzbedingte Unterschiede der vorbestimmten Öffnungsdrücke der Rückschlagventile 40-1, 40-2 und 40-3 zumindest größtenteils zu kompensieren. Zu diesem Zweck wurden die Rückschlagventile 40-1, 40-2 und 40-3 vor deren Einbau in das Pumpengehäuse 32 hinsichtlich ihres Öffnungsdrucks vermessen und dann unter Berücksichtigung der Messergebnisse in das Pumpengehäuse 32 eingebaut. Genauer gesagt wurde dasjenige von den drei zum Einbau in das Pumpengehäuse 32 vorgesehenen Rückschlagventilen, welches den kleinsten Öffnungsdruck aufweist, im Pumpengehäuse 32 am höchsten eingebaut, also als das Rückschlagventil 40-1 verwendet.
  • Bei der Serienfertigung einer Mehrzahl von Hochdruckpumpen der dargestellten Art wird eine Vielzahl von identischen Rückschlagventilen gefertigt und zunächst hinsichtlich ihrer gemessenen Öffnungsdrücke in mindestens zwei "Öffnungsklassen" sortiert.
  • Der Einbau der Rückschlagventile erfolgt sodann unter Berücksichtigung des unterschiedlichen Öffnungsverhaltens der Ventile. Die Unterschiede der nominalen Öffnungsdrücke verschiedener Öffnungsklassen liegen bevorzugt in derselben Größen ordnung wie die aufgrund der Pumpenkonstruktion zu erwartenden Druckunterschiede. Im dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt der Unterschied von Öffnungsklasse zu Öffnungsklasse z. B. etwa 0,1 bar (bei einem vorbestimmten Nenn-Öffnungsdruck von etwa 1 bar).
  • Die bei dem Ausführungsbeispiel dargestellte Einbaulage (vgl. Vertikalrichtung V), bei welcher eine von drei Pumpeinheiten höher als die beiden anderen, auf gleicher Höhe befindlichen Pumpeinheiten angeordnet ist, ist selbstverständlich beispielhaft zu verstehen und könnte auch anders vorgesehen sein. Ferner ist die dargestellte Anzahl von Pumpeinheiten (hier: drei) lediglich beispielhaft zu verstehen.
  • Für die angestrebte Kompensationswirkung wesentlich ist ganz allgemein, dass bei einer Pumpe das Rückschlagventil mit dem kleinsten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am höchsten angeordnet ist und/oder das Rückschlagventil mit dem größten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse am tiefsten angeordnet ist.
  • Im Ergebnis kann damit in allen Betriebszuständen des Einspritzsystems eine besonders gleichmäßige Nutzung der mehreren Pumpeinheiten erfolgen. Insbesondere kann bei extremer Saugdrosselung der Hochdruckpumpe ein Wegbleiben eines oder mehrerer Pumpeinheiten vermieden werden. So kann auch bei kleinsten Fördergraden gewährleistet werden, dass alle Pumpeinheiten ausreichend mit Kraftstoff versorgt werden und zur Gesamtförderrate beitragen.

Claims (9)

  1. Kraftstoffpumpe (12) für Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, umfassend ein Pumpengehäuse (32) mit einer vorbestimmten Einbaulage (V), in welchem mehrere Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) und den Pumpeinheiten jeweils zugeordnete ansaugseitige Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) angeordnet sind, die sich jeweils bei einem vorbestimmten Öffnungsdruck zum Einlass von Kraftstoff in die zugeordnete Pumpeinheit öffnen, wobei die Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) sich in der vorbestimmten Einbaulage (V) des Pumpengehäuses (32) geodätisch auf unterschiedlichen Höhen befinden, und wobei das Rückschlagventil (40-1) mit dem kleinsten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse (32) am höchsten angeordnet ist und/oder das Rückschlagventil (40-2, 40-3) mit dem größten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse (32) am tiefsten angeordnet ist.
  2. Kraftstoffpumpe (12) nach Anspruch 1, wobei in dem Pumpengehäuse (32) ein ansaugseitiger, mit allen Rückschlagventilen (40-1, 40-2, 40-3) in Verbindung stehender Ringkanal (28) zur Zufuhr von Kraftstoff zu den Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffpumpe (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jede der Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) einen Pumpkolben (36-1, 36-2, 36-3) aufweist, der zur Hin- und Herbewegung in Richtung der jeweiligen Pumpkolbenachse in dem Pumpengehäuse (32) geführt ist.
  4. Kraftstoffpumpe (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ausgebildet als Radialpumpe mit einer in dem Pumpengehäuse (32) gelagerten Antriebswelle (33), die exzentrisch (34) ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung eine oder mehrere nockenartige Erhebungen aufweist, um die Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) bei einer Drehung der Antriebswelle (32) zu betätigen.
  5. Kraftstoffpumpe (12) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) jeweils einen federvorbelasteten Ventilkörper aufweisen und sich durch eine kraftstoffdruckbedingte Federkraftüberwindung öffnen lassen.
  6. Kraftstoffeinspritzsystem (1) einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Kraftstoffpumpe (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  7. Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 6, soweit auf Anspruch 2 rückbezogen, ferner umfassend eine gemeinsame Vorförderpumpe (10) zum Fördern von Kraftstoff in den mit allen Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) in Verbindung stehenden Ringkanal (28).
  8. Kraftstoffeinspritzsystem (1) nach Anspruch 7, umfassend Mittel (24) zur Begrenzung der ansaugseitigen Kraftstoffförderung durch den Ringkanal (28).
  9. Verfahren zur Herstellung einer Mehrzahl von Kraftstoffpumpen (12) für Einspritzsysteme (1) von Brennkraftmaschinen, umfassend die Schritte: – Bereitstellung von mehreren Pumpengehäusen (32) mit einer vorbestimmten Einbaulage (V), und – Anordnung von mehreren Pumpeinheiten (30-1, 30-2, 30-3) und den Pumpeinheiten jeweils zugeordneten ansaugseitigen Rückschlagventilen (40-1, 40-2, 40-3), die sich jeweils bei einem vorbestimmten Öffnungsdruck zum Einlass von Kraftstoff in die zugeordnete Pumpeinheit (30-1, 30-2, 30-3) öffnen lassen, in jedem der bereitgestellten Pumpengehäuse (32) derart, dass die Rückschlagventile (40-1, 40-2, 40-3) sich in der vorbestimmten Einbaulage (V) des zugehörigen Pumpengehäuses (32) geodätisch auf unterschiedlichen Höhen befinden, so dass für jede Kraftstoffpumpe (12) das Rückschlagventil (40-1) mit dem kleinsten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse (32) am höchsten angeordnet wird und/oder das Rückschlagventil (40-2, 40-3) mit dem größten Öffnungsdruck im Pumpengehäuse (32) am tiefsten angeordnet wird.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008059117A1 (de) 2008-11-26 2010-06-02 Continental Automotive Gmbh Hochdruckpumpenanordnung
US11028809B2 (en) 2017-06-22 2021-06-08 Denso Corporation High pressure fuel pump and fuel supply system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19927826A1 (de) * 1999-06-18 2000-12-28 Bosch Gmbh Robert Pumpenanordnung
DE19902259B4 (de) * 1999-01-21 2006-02-23 Siemens Ag Montageverfahren

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19902259B4 (de) * 1999-01-21 2006-02-23 Siemens Ag Montageverfahren
DE19927826A1 (de) * 1999-06-18 2000-12-28 Bosch Gmbh Robert Pumpenanordnung

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008059117A1 (de) 2008-11-26 2010-06-02 Continental Automotive Gmbh Hochdruckpumpenanordnung
DE102008059117B4 (de) * 2008-11-26 2011-07-28 Continental Automotive GmbH, 30165 Hochdruckpumpenanordnung
US9103307B2 (en) 2008-11-26 2015-08-11 Continental Automotive Gmbh High-pressure pump arrangement
US11028809B2 (en) 2017-06-22 2021-06-08 Denso Corporation High pressure fuel pump and fuel supply system
US11525427B2 (en) 2017-06-22 2022-12-13 Denso Corporation High pressure fuel pump and fuel supply system

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