DE19736160A1 - Pumpenanordnung zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail- Einspritzsystem, umfassend eine Radialkolbenpumpe mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die bei Umdrehen der Antriebswelle in dem Zylinderraum hin- und herbewegbar sind, und mit einem ansaugseitigen und einem hochdruckseitigen Rückschlagventil, und eine der Radialkolbenpumpe vorgeschaltete Niederdruckpumpe.

Die Zuführung des Kraftstoffs zur Radialkolbenpumpe, welche den Hochdruck bereitstellt, erfolgt in bekannter Weise durch eine Niederdruckpumpe als Vorförderpumpe.

Bei bekannten Pumpenanordnungen ist die Niederdruckpumpe räumlich getrennt von der Radialkolbenpumpe angeordnet. Die Niederdruckpumpe ist üblicherweise als Einzelpumpe ausgebildet und von einer Welle der Brennkraftmaschine angetrieben, oder sie ist als Elektropumpe ausgeführt.

Um zwei voneinander räumlich getrennte Pumpen unterzubringen, ist ein entsprechender Bauraum erforderlich und es müssen zusätzliche Befestigungsstellen für die Pumpengehäuse bereitgestellt werden. Zudem bedarf es zusätzlicher Kraftstoffleitungen, um die Niederdruckpumpe mit der Radialkolbenpumpe zu verbinden. Hierdurch besteht eine erhöhte Gefahr, daß Leckagestellen auftreten.

Hiervon ausgehend liegt der vorstehenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pumpenanordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die vorstehend geschilderten Nachteile nicht auftreten. Es soll insbesondere eine bauraumsparende kostengünstig herstellbare kompakte Pumpenanordnung bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Niederdruckpumpe am oder im Pumpengehäuse aber Radialkolbenpumpe auf der der Antriebsseite abgewandten Seite vorgesehen und von der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe antreibbar ist.

Hierdurch wird die Zahl und Länge der kraftstofführenden Leitungen außerhalb des Pumpengehäuses und damit die Gefahr der Ausbildung externer Leckagestellen reduziert. Es kann ferner eine sehr kompakte Bauweise der Pumpenanordnung erreicht werden. Die Pumpe wird aufgrund der Einsparung von Gehäuseteilen und der Realisierung eines gemeinsamen Antriebsstrangs auch kostengünstiger herstellbar.

In bevorzugter Weise ist zwischen der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe und einer Welle der Niederdruckpumpe eine Kupplung zwischengeschaltet. Hierdurch können Montage- oder Fertigungsungenauigkeiten der Bauteile der Radialkolbenpumpe und der Niederdruckpumpe, insbesondere Fluchtungsabweichungen der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe und der Welle oder eines korrespondierenden Ansatzes in der Niederdruckpumpe ausgeglichen werden.

Es hat sich die Verwendung einer Kreuzscheibenkupplung als zweckmäßig erwiesen, insbesondere bei Ausbildung der Niederdruckpumpe als verhältnismäßig flach bauende Zahnradpumpe.

In besonders bevorzugter Weise ist das Gehäuse der Niederdruckpumpe im wesentlichen scheibenförmig ausgebildet, wofür sich eine Zahnradpumpe als ganz besonders zweckmäßig erwiesen hat.

Das Gehäuse der Niederdruckpumpe ist vorzugsweise über ein Zentriermittel am Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe montierbar. Hierfür erweist es sich als vorteilhaft, wenn am Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe ein in Richtung auf das Gehäuse der Niederdruckpumpe vorspringender Zentrierflansch vorgesehen ist, mit dem das Gehäuse der Niederdruckpumpe positionierbar ist. Es versteht sich, daß auch eine umgekehrte Ausbildung des Zentrierflanschs am Gehäuse der Niederdruckpumpe von diesem Erfindungsgedanken erfaßt wird.

Zum Abdichten der Niederdruckpumpe und der Radialkolbenpumpe nach außen hat es sich als hinreichend und vorteilhaft erwiesen, ein elastomeres Dichtmittel vorzusehen, das vorteilhafterweise zwischen dem Zentrierflansch der Radialkolbenpumpe und dem Gehäuse oder einem Gegenflansch oder -bund der Niederdruckpumpe angeordnet ist.

Zur Definition der statischen Anlage der beiden Pumpen aneinander hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der Zentrierflansch mit seiner Stirnseite gegen eine plane Stirnseite des Gehäuses der Niederdruckpumpe abstützt.

Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Radialkolbenpumpe und die Niederdruckpumpe mit planen Stirnseiten gegeneinander abgestützt sind. Solchenfalls können Zentriermittel in Form von vorzugsweise mehreren Paßbohrungen und darin eingreifenden Paßstiften oder auch von Gewindebohrungen und darin eingeschraubten Paßschrauben gebildet sein.

Die Förderseite der Niederdruckpumpe könnte in an sich beliebiger Weise zur Ansaugseite der Radialkolbenpumpe führen, beispielsweise kannte ein verhältnismäßig kurzes externes Leitungsstück vorgesehen sein. Indessen wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der von einer Druckkammer der Niederdruckpumpe ein Kraftstoffzuführkanal wegführt und mit einer Kraftstoffansaugöffnung im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe kommuniziert, d. h. daß die Öffnungen in den aneinander anliegenden Gehäusebauteilen miteinander fluchtend münden.

Je nach dem, ob die Radialkolbenpumpe kraftstoffgeschmiert oder vom Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine geschmiert ist, erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Bereich des Antriebsstrangs ein zusätzliches Dichtmittel zur Verhinderung von Leckage aus der Niederdruckpumpe in das Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe eingespart werden kann oder vorteilhafterweise vorgesehen wird, um eine derartige Leckage im letztgenannten Fall zu verhindern. Wird im letztgenannten Fall ein zusätzliches Dichtelement vorgesehen, so erweist es sich des weiteren als vorteilhaft, wenn zwischen dem Wellenbereich der Niederdruckpumpe und dem Saugraum eine Kommunikation besteht, um die auftretende Leckageflüssigkeit abzuziehen und zur Ansaugseite der Radialkolbenpumpe zu fördern.

Es wird des weiteren darauf hingewiesen, daß es sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn die Radialkolbenpumpe ein massives monoblockartiges Bauteil aufweist, in dem die Zylinderräume für die Kolben bildende Bohrungen sowie sämtliche Kraftstoffansaugöffnungen sowie Hochdruck führende Förderöffnungen vorgesehen sind. Die Niederdruckpumpe kann dann direkt an dieses Bauteil angefügt werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1a-1d drei Ansichten sowie eine vergrößerte ausschnittsweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung;

Fig. 1e, f den Fig. 1c, d entsprechende Ansichten mit abweichender Kraftstoffzuführung;

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise aufgerissen und im Längsschnitt dargestellt, einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung;

Fig. 3a-3d drei Ansichten sowie eine vergrößerte ausschnittsweise Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform; und

Fig. 3e, f den Fig. 2c, d entsprechende Ansichten mit geringfügigen Abweichungen.

Die Fig. 1a bis 1d zeigen eine erste Ausführungsform einer Pumpenanordnung bestehend aus einer Radialkolbenpumpe 2 und einer Niederdruckpumpe 4 in Form einer Zahnradpumpe 6, welche der Radialkolbenpumpe 2 als Vorförderpumpe vorgeschaltet ist. Die Zahnradpumpe 6 ist mit ihrem Pumpengehäuse 8 auf der der Antriebsseite 10 der Radialkolbenpumpe 2 abgewandten Seite an eine Stirnseite 12 eines Pumpengehäuses 14 der Radialkolbenpumpe 2 anliegend vorgesehen. Von der Stirnseite 12 des Pumpengehäuses 14 der Radialkolbenpumpe 2 steht ein Zentriermittel 16 in Form eines Zentrierflanschs 18 vor. In den Zentrierflansch 18 greift ein Zentrierbund 20 eines scheibenförmigen Gehäuseteils 22 der Zahnradpumpe 6 ein. Zwischen den zu einem Antriebsstrang 24 konzentrischen Anlageflächen des Zentrierflanschs 18 und des Zentrierbunds 20 ist in einer ringnutförmigen Ausnehmung ein elastomeres Dichtringelement 26 vorgesehen, welches die Zahnradpumpe 6 und die Radialkolbenpumpe 2 nach außen abdichtet. Der Zentrierflansch 18 liegt mit seiner axialen Stirnseite 19 gegen einen planen stirnseitigen Abschnitt des scheibenförmigen Gehäuseteils 22 an. In dem scheibenförmigen Gehäuseteil 22 der Zahnradpumpe 6 sind die miteinander kämmenden Zahnräder 28, 30 drehfest auf einer Welle 32 sitzend untergebracht, wobei die Welle 32 in dem scheibenförmigen Gehäuseteil 22 umdrehbar gelagert ist. Gegen die von der Radialkolbenpumpe 2 abgewandte Stirnseite des scheibenförmigen Gehäuseteils 22 ist eine Abschlußplatte 34 unter Zwischenordnung eines elastomeren Dichtelements 36 dichtend angezogen.

Die Welle 32 der Zahnradpumpe 6 ist fluchtend zu einer Antriebswelle 38 der Radialkolbenpumpe 2 angeordnet und über eine Kreuzscheibenkupplung 40 mit dieser antriebsverbunden, wobei sowohl die Antriebswelle 38 als auch die Welle 32 der Zahnradpumpe 6 zur Kupplung hin mit einer Zunge 42 bzw. 44 versehen sind.

Die Zuführung des Kraftstoffs zur Zahnradpumpe 6 erfolgt über einen Ansaugstutzen 46 zu einem Saugraum 48, der von dem scheibenförmigen Gehäuseteil 22 gebildet ist. Von einer Druckkammer 50 der Zahnradpumpe 6 führt eine Bohrung 52 weg, die zur Längsachse des Antriebsstrangs 24 parallel verläuft und in der gegen den Zentrierflansch 18 anliegenden Stirnseite 54 des scheibenförmigen Gehäuseteils 22 mündet. Die Mündung fluchtet mit einer Kraftstoffzuführöffnung 56 in dem Pumpengehäuse 14 der Radialkolbenpumpe 2, welche die Ansaugseite der Radialkolbenpumpe 2 bildet. In der Dichtfläche, um die miteinander fluchtenden Mündungen herum ist ein elastomeres Dichtelement 58 vorgesehen.

Die Zuführung des Kraftstoffs kann aber auch über eine Bohrung 47 aus dem Pumpengehäuse (Monoblock) erfolgen. Der Ansaugstutzen 46a befindet sich dann am Pumpengehäuse; dies ist in den Fig. 1e und 1f dargestellt.

Die Abdichtung zwischen der Zahnradpumpe 6 und der Radialkolbenpumpe 2 nach außen erfolgt über die Dichtringe 26 und 36. Eine zusätzliche Abdichtung im Bereich des Antriebsstrangs 24 zwischen der Zahnradpumpe 6 und der Radialkolbenpumpe 2 ist nicht erforderlich, da die interne Schmierung der Radialkolbenpumpe 2 über das geförderte Medium Kraftstoff erfolgt. Es ist daher unschädlich, wenn eine Leckage im Bereich des Antriebsstrangs 24 aus der Zahnradpumpe 6 in das Innere der Radialkolbenpumpe 2 erfolgen kann.

Im Unterschied hierzu ist bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Schmierung der Radialkolbenpumpe 68 über einen nicht dargestellten Schmierkreislauf der Brennkraftmaschine vorgesehen. Deshalb ist konzentrisch zur Welle 70 der Niederdruckpumpe 71 ein Dichtelement 72 vorgesehen, welches ein Eindringen von Kraftstoff aus dem nicht zu verhindernden Leckagebereich um die drehbare Antriebswelle 70 der Niederdruckpumpe 71 herum in den durch Motoröl geschmierten Bereich der Antriebswelle 74 der Radialkolbenpumpe 68 verhindert. Zur Rückführung des Kraftstoffs ist eine Kommunikationsöffnung 76 zwischen einem Wellenbereich 78 und der in der Fig. 2 nicht darstellbaren Saugkammer der Niederdruckpumpe vorgesehen.

Die Fig. 3a bis 3f zeigen eine weitere Ausführungsform einer Pumpenanordnung in sehr kompakter Ausführung, wobei die Radialkolbenpumpe 80 wiederum kraftstoffgeschmiert ist. Die nachstehend zu beschreibende Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch, daß Radialkolbenpumpe 80 und Zahnradpumpe 82 über ebene Anlageflächen 84 bzw. 86 aneinander anliegen. In der Anlagefläche 86 ist eine geschlossene Ringnut zur Aufnahme eines elastomeren Dichtelements 87 vorgesehen. Ein scheibenförmiges Gehäuseteil 88 der Zahnradpumpe 82 ist dabei zur Anlagefläche 86 der Radialkolbenpumpe 80 hin offen. Nach dem Einsetzen der Zahnräder 90, 92 nebst Antriebswelle 94 wird gegen die der Anlagefläche 86 zugewandte Seite des scheibenförmigen Gehäuseteils 88 eine Flanschplatte 96 unter Zwischenordnung eines elastomeren Dichtrings 98 angelegt. Die Flanschplatte 96 weist mit Paßbohrungen 98, 100 fluchtende Durchgangsöffnungen 102 auf, durch welche Paßstifte 104 als Zentriermittel durchgreifen. Des weiteren sind Paßschrauben 106 vorgesehen, welche durch Schraubendurchgangsöffnungen 108 in der Flanschplatte 96 durchgreifen und in damit fluchtende Gewindebohrungen 110 im Gehäuse der Radialkolbenpumpe 80 eingeschraubt sind, wodurch einerseits eine Zentrierung bzw. Positionierung der Zahnradpumpe 82 erreicht wird und andererseits das Gehäuse der Zahnradpumpe 82 gegen die Anlagefläche 86 der Radialkolbenpumpe 80 angezogen wird. Gemäß Fig. 3e kann an der Flanschplatte 96a aber auch ein Zentrierbund 111 vorgesehen sein, der in den Zentrierflansch des Pumpengehäuses eingreift. Des weiteren kann das Dichtelement 87 auch als Dichtplatte 87a ausgeführt sein (Fig. 3f). Der Antrieb der Zahnradpumpe 82 erfolgt wiederum über eine Kupplung 112 durch die Antriebswelle 114 der Radialkolbenpumpe 80. Die Antriebswelle 114 ist mit einem Innenprofil 116 ausgebildet, das als 6-Rund ausgeführt ist. Die Kupplung 112 weist ein komplementär ausgebildetes Gegenprofil 118 auf, das eine formschlüssige Drehmitnahme bewirkt. Niederdruckpumpenseitig ist das angetriebene Zahnrad 120 über ein formschlüssiges eine Drehmitnahme bewirkendes Profil 122 mit dem abtriebsseitigen Kupplungsteil 126 verbunden. Über das Spiel der beiden Profilpaarungen werden Fluchtungsabweichungen zwischen der Antriebswelle 114 und dem Zahnrad 120 ausgeglichen. Die Führung des Kraftstoffs erfolgt wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 über miteinander fluchtende Förderöffnungen 128 und 130.

Claims (14)

1. Pumpenanordnung zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, umfassend eine Radialkolbenpumpe (2, 68, 80) mit einer in einem Pumpengehäuse (14) gelagerten Antriebswelle (38, 74, 114), die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die bei Umdrehen der Antriebswelle in dem Zylinderraum hin- und her bewegbar sind, und mit einem ansaugseitigen und einem hochdruckseitigen Rückschlagventil, und eine der Radialkolbenpumpe vorgeschaltete Niederdruckpumpe (4, 71, 82), dadurch gekennzeichnet, daß die Niederdruckpumpe (4, 71, 82) am oder im Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe (2, 68, 80) auf der der Antriebsseite (10) abgewandten Seite vorgesehen und von der Antriebswelle (38, 74, 114) der Radialkolbenpumpe antreibbar ist.

2. Pumpenanordnung nach 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (38, 74, 114) der Radialkolbenpumpe und einer Welle (32, 70, 94) der Niederdruckpumpe eine Kupplung (40, 112) zwischengeschaltet ist.

3. Pumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) der Niederdruckpumpe über ein Zentriermittel (16) am Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe montiert ist.

4. Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß am Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe (2) ein in Richtung auf das Gehäuse (8) der Niederdruckpumpe (4) vorspringender Zentrierflansch (18) vorgesehen ist, mit dem das Gehäuse der Niederdruckpumpe positionierbar ist.

5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Zentrierflansch (18) der Radialkolbenpumpe (2) und dem Gehäuse (8) der Niederdruckpumpe (4) ein elastomeres Dichtmittel (26) zum Abdichten nach außen vorgesehen ist.

6. Pumpenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentrierflansch (18) sich mit seiner Stirnseite (19) gegen eine plane Stirnseite des Gehäuses (8) der Niederdruckpumpe abstützt.

7. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolbenpumpe und die Hochdruckpumpe mit planen Stirnseiten aneinander anliegen.

8. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermittel von vorzugsweise mehreren Paßbohrungen (98, 100, 102) und darin eingreifenden Paßstiften (104) gebildet ist.

9. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentriermittel von vorzugsweise mehreren Gewindebohrungen (110) und darin eingeschraubten Paßschrauben (106) gebildet ist.

10. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Druckkammer (50) der Niederdruckpumpe (4) ein Kraftstoffzuführkanal (52) wegführt und mit einer Kraftstoffzuführöffnung (56) im Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe (2) kommuniziert.

11. Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer Saugkammer (48) der Niederdrückpumpe (4) ein Kanal führt, der mit einem Kanal im Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe (2) kommuniziert, aus dem der Kraftstoff der Saugseite der Niederdruckpumpe (4) zugeführt wird.

12. Pumpenanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolbenpumpe (2, 80) kraftstoffgeschmiert ist und im Bereich des Antriebsstrangs (24) keine zusätzlichen Dichtmittel zur Verhinderung von Leckage aus der Niederdruckpumpe (4) in das Pumpengehäuse (14) der Radialkolbenpumpe (2) vorgesehen sind.

13. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Radialkolbenpumpe (68) von einem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine geschmiert ist und daß konzentrisch zum Antriebsstrang ein Dichtelement (72) vorgesehen ist, um Leckage aus der Niederdruckpumpe (71) in das Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe (68) zu verhindern.

14. Pumpenanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kommunikation zwischen dem Wellenbereich (78) und dem Saugraum der Niederdruckpumpe (71) besteht, um Leckageflüssigkeit abzuziehen.