DE10243148A1

DE10243148A1 - Radialkolbenpumpeneinheit

Info

Publication number: DE10243148A1
Application number: DE2002143148
Authority: DE
Inventors: Uwe Nigrin; Ngoc-Tam Vu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2004-03-25
Also published as: WO2004027263A1

Abstract

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruckeinspritzsysteme mit einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Antriebswelle (3) mit einem Exenterabschnitt (4) gelagert ist, auf dem ein Hubring (5) sitzt, der eine Hochdruckradialkolbenpumpe mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren federbelasteten Hochdruckpumpenkolben (43) bewegt und einer Kraftstoffvorförderpumpe, die von der Antriebswelle (3) angetrieben wird, wobei die Kraftstoffvorförderpumpe als Radialkolbenpumpe mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten Niederdruckpumpenkolben (26) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem.

Aus der DE 198 48 035 A1 ist eine Radialkolbenpumpe für die Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem bereits bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle geführt ist. Die Antriebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, auf dem ein Hubring geführt ist. An dem Hubring stützt sich vorzugsweise mehrere, bezüglich der Antriebswelle radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben ab. Jedem Pumpenkolben ist ein Saugventil sowie ein Druckventil zugeordnet. Über das Saugventil wird dem Pumpenkolben Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich zugeführt. Nach dem Druckaufbau wird der komprimierte Kraftstoff über das Druckventil abgeleitet.

Einer derartigen Radialkolbenpumpe ist üblicherweise eine Kraftstoffvorförderpumpe vorgeschaltet, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank der Hochdruckpumpe zuführt. Die Kraftstoffvorförderpumpe wird in der Regel durch einen Elektromotor oder über die Nockenwelle angetrieben. Bei dem Nockenwellenantrieb kann die Vorförderpumpe direkt auf der Nockenwelle sitzen oder über einen Riemen angetrieben werden. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse im Motorraum ist es notwendig, die Kraftstoffhochdruckpumpe sowie die Vorförderpumpe möglichst kompakt zu bauen.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruckeinspritzsysteme bereitzustellen, die ein kompakte Bauweise aufweist.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkolbenpumpeneinheit eine Kraftstoffvorförderpumpe aufweist, die als Radialkolbenpumpe, mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse bewegbaren, federbelasteten Pumpenkolben, aufweist. Der Vorteil dieser Anordnung ist eine äußerst kompakte Bauform der Radialkolbenpumpeneinheit, da die bei den bisherigen Lösungen notwendige Steuerscheibe, die dazu dient den Kraftstoff gleichmäßig auf die am Umfang verteilten Saugventile zu verteilen entfällt. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der kompakten Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoffvorförderpumpe ergibt, ist der, dass die Leitung von der Kraftstoffvorförderpumpe zum Saugventil der Hochdruckpumpe auf ein Minimum reduziert werden kann.

Durch die Radialkolbenbauweise der Kraftstoffvorförderpumpe ergibt sich ein besonders günstiges Laufverhalten und ein besonders guter Startlauf, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen. Im Gegensatz zu Flügelzellenpumpen, die erst bei hohen Drehzahlen eine gute Abdichtung zwischen den Flügeln und dem Pumpengehäuse gewährleisten, zeichnet sich die Kolbenpumpe durch geringe Leckageverluste bereits bei niedrigen Drehzahlen aus.

Zusätzlich ist durch die Radialbauweise der Vorförderpumpe eine kostengünstige Herstellung möglich, da die Einzelteile der Pumpe im Wesentlichen aus Drehteilen bestehen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Achsen der Pumpenkolben der Hochdruckradialkolbenpumpe und der Kraftstoffvorförderpumpe, in einer gemeinsamen Radialebene zur Antriebsachse angeordnet sind. Hierdurch lässt sich die Axiallänge der Pumpe weiter reduzieren. Ein weiterer Vorteil der sich durch die Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoffvorförderpumpe auf einer gemeinsamen Radialebene ergibt ist der, dass die Kraftstoffvorförderpumpe von einem gemeinsamen Exzenterring angetrieben werden kann, wodurch sich der Konstruktions- und Fertigungsaufwand der Pumpe verringert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit,
2 einen Querschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit
3 eine Detailansicht mit dem Kraftstoffzulauf
4 eine Detailansicht des Volumenstromregelventils,
5 eine weitere Detailansicht des Volumenstromregelventils.
1 zeigt einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit. Der Schnitt liegt senkrecht zur Antriebsachse 71 der Radialkolbenpumpeneinheit.
Die Radialkolbenpumpeneinheit besteht aus einem Pumpengehäuse 1, das als Topfgehäuse ausgebildet ist. Die offene Topfseite des Pumpengehäuses 1 wird durch einen angeflanschten Topfdeckel 2 verschlossen. Die Antriebswelle 3 ist über ein erstes Wellenlager 7 im Pumpengehäuse 1 und über ein zweites Wellenlager 8 im Topfdeckel 2 gelagert. Die Antriebswelle 3 weist einen Exzenterabschnitt 4 auf. Auf dem Exzenterabschnitt 4 ist ein Hubring 5 angeordnet. Auf dem Hubring 5 stützen sich sowohl die Niederdruckpumpenkolben 26 der Vorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpenkolben 43 der Hochdruckpumpe ab. Sowohl die Kraftstoffvorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpe sind als Radialkolbenpumpe ausgebildet. Die Achsen der Hochdruckpumpenkolben 43 und der Niederdruckpumpenkolben 26 sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Radialebene 70 zur An triebsachse 71 angeordnet. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpeneinheit möglich.
2 zeigt einen Radialschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit. Der Schnitt wurde derart gewählt, dass die Achsen der Hochdruckpumpenkolben 43 und der Niederdruckpumpenkolben 26 innerhalb der Schnittebene liegen. Auf dem Hubring 5 stützen sich vorzugsweise 3 in radialer Richtung zur Antriebsachse 71 bewegbare, federbelastete Hochdruckpumpenkolben 43 ab. Die Hochdruckpumpenkolben 43 sind dabei vorzugsweise um einen Winkel von 120 Grad gegeneinander versetzt. Im Zwischenraum zwischen den Hochdruckpumpenkolben 43 sind vorzugsweise zwei in radialer Richtung zur Antriebsachse 71 bewegbare, federbelastete Niederdruckpumpenkolben 26 angeordnet. Es ist allerdings auch eine Anordnung mit nur einem einzelnen oder mehreren Niederdruckpumpenkolben 26 möglich.
Bei jeder vollen Umdrehung der Antriebswelle 3 führen die Pumpenkolben der Hochdruckpumpe sowie die Pumpenkolben der Vorförderpumpe jeweils einen vollen Kolbenhub durch. Der Kolbenhub von Hochdruckpumpenkolben 43 und Niederdruckpumpenkolben 26 ist aufgrund des gemeinsamen Hubrings 5 identisch.
Vorzugsweise weist die Kraftstoffvorförderpumpe einen modularen Aufbau auf. Durch den modularen Aufbau lässt sich eine besonders kostengünstige Radialkolbenpumpeneinheit realisieren. Das Pumpengehäuse 1 wird hierzu derart gestaltet, dass je nach Bedarf, ein bzw. mehrere Vorförderpumpenmodule 60 in das Pumpengehäuse 1 eingesetzt werden können. Die Vorförderpumpenmodule 60 sind vorzugsweise als Patroneneinheiten ausgeführt und können vorzugsweise durch einschrauben bzw. einpressen in das Pumpengehäuse 1 eingesetzt werden.
Anhand der 1 bis 5 wird nachfolgend die Funktionsweise der Radialkolbenpumpeneinheit erklärt. Die Detailschnitte 3 bis 5 liegen jeweils senkrecht zur Antriebsachse 3, sind jedoch in einem Winkel zueinander verschoben. Dies ist not wendig, da die einzelnen Bauteile der Radialkolbenpumpeneinheit auf dem Umfang verteilt sind und nur so alle Bauteile dargestellt werden können.
Der Kraftstoff tritt zunächst über den Kraftstoffzulauf 20 in die Radialkolbenpumpeneinheit ein und strömt von dort in eine erste Ringnut 21. Von der ersten Ringnut 21 strömt der Kraftstoff über eine erste Leitung 22 zum Niederdruckzylinder 24 der Kraftstoffvorförderpumpe. Der Niederdruckzylinder 24 weist einen Einlassschlitz 23 auf. Befindet sich der Pumpenkolben 26 der Vorförderpumpe im Saughub, so gibt er von einer bestimmten Kolbenstellung an, den Einlassschlitz 23 im Pumpenzylinder 24 frei und Kraftstoff kann von der ersten Leitung 22 in den Pumpenzylinder 24 einströmen. Während des Kompressionshubs verschließt der Pumpenkolben 26 den Einlassschlitz 23 wieder und nachfolgend wird der Kraftstoff verdichtet. Überschreitet der Kraftstoffdruck dem Öffnungsdruck des Druckventils 27 so öffnet dieses und der Kraftstoff kann über die zweite Leitung 30 in eine zweite Ringnut 32 strömen. Von der zweiten Ringnut 32 strömt der Kraftstoff zu einem Volumenstromregelventil 34 (3). Der Kraftstoff durchströmt das Volumenstromregelventil 34 und strömt weiter zu einer dritten Ringnut 40 (4). Von der dritten Ringnut 40 wird der Kraftstoff auf die einzelnen Saugventile 41 der Radialkolbenhochdruckpumpe verteilt.
Während des Saughubs des Hochdruckpumpenkolbens 43 öffnet das Saugventil 41 und Kraftstoff kann in den Hochdruck-Zylinder 42 einströmen. Während des Kompressionshubes des Hochdruckpumpenkolbens 43 wird der Kraftstoff im Hochdruckzylinder 42 komprimiert. Hierbei sind sowohl das Saugventil 41 als auch das Druckventil 44 geschlossen. Am Ende des Kompressionshubes des Hochdruckpumpenkolbens 43 öffnet das Hochdruckventil 44 und der Kraftstoff strömt in die Hochdruckkanal 45 und über eine nicht dargestellte Hochdruckleitung zu einem ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffverteiler (Rail). Übersteigt der Druck im Hochdruckkanal 45 einen vorgegebenen Druck, so öffnet das Druckregelventil 50. Leckageverluste innerhalb der Pumpe werden über eine Leckagerückführung 51 abgeführt.

Claims

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit – einem Pumpengehäuse (1), in dem – eine Antriebswelle (3) mit einem Exenterabschnitt (4) gelagert ist, auf dem – ein Hubring (5) sitz, der – eine Hochdruckradialkolbenpumpe mit mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten - Hochdruckpumpenkolben (43) bewegt dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe, die von der Antriebswelle (3) angetrieben wird, als Radialkolbenpumpe, mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten Niederdruckpumpenkolben (26), ausgebildet ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Hochdruckpumpenkolben (43) und der Niederdruckpumpenkolben (26) in einer gemeinsamen Radialebene (70) zur Antriebsachse (71) angeordnet sind.
Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpenkolben (43), innerhalb der Radialebene (70), in einem äquidistanten Winkel zueinander angeordnet sind.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe einen modularen Aufbau aufweist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kraftstoff-Vorförderpumpenmodule (60) in das Pumpengehäuse (1) eingeschraubt oder eingesteckt werden.