DE19906626A1 - Pumpenanordnung - Google Patents
PumpenanordnungInfo
- Publication number
- DE19906626A1 DE19906626A1 DE19906626A DE19906626A DE19906626A1 DE 19906626 A1 DE19906626 A1 DE 19906626A1 DE 19906626 A DE19906626 A DE 19906626A DE 19906626 A DE19906626 A DE 19906626A DE 19906626 A1 DE19906626 A1 DE 19906626A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- pump
- pressure
- eccentric
- piston
- arrangement according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
- F04B1/0404—Details or component parts
- F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam
- F04B1/043—Hydraulic arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
Offenbart ist eine Pumpenanordnung, die insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme geeignet ist. Die Pumpenanordnung hat eine Hochdruckpumpe in Radialkolbenbauweise, bei der eine Kolbeneinheit hydrostatisch in Richtung auf den Exzenter vorgespannt sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung mit einer
Hochdruckpumpe in Radialkolbenbauweise.
Ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet von Radialkol
benpumpen ist die Verwendung bei Kraftstoffeinspritzsyste
men, insbesondere für Diesel-Verbrennungsmotoren. In den
letzten Jahren konnten die Dieselmotoren den technologi
schen Fortschritt der Otto-Motoren im Hinblick auf Leistung
und Laufkultur aufholen. Ein wesentlicher Beitrag zur Wei
terentwicklung der Dieselmotoren brachte der Einsatz der
sogenannten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme, bei de
nen der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe aus einem Tank
angesaugt und zur Saugseite einer Hochdruckpumpe gefördert
wird, über die der Kraftstoff auf den Betriebsdruck von et
wa 1.500 bar gebracht wird. Dieser druckbeaufschlagte
Kraftstoff wird einer Hochdruckleitung, der sogenannten
Common-Rail zugeführt, aus der heraus der komprimierte
Kraftstoff über Injektoren in die Zylinder eingespritzt
wird. Die Injektoren erlauben eine individuelle Anpassung
der Einspritzmenge jedes Zylinders an die Betriebsbedingun
gen, so daß die Laufkultur und Leistung derartiger Common-
Rail-Dieselmotoren gegenüber den herkömmlichen Dieselmoto
ren mit konventioneller Einspritztechnik wesentlich verbes
sert werden konnte.
Bei der Auslegung derartiger Common-Rail-Einspritzsy
steme ist man bemüht, die Bauelemente möglichst kompakt und
leistungsfähig auszuführen, um das Fahrzeuggewicht zu sen
ken und die Leistung zu optimieren. Die üblicherweise ein
gesetzten Radialkolbenpumpen haben eine ungerade Anzahl an
Pumpelementen (Zylinder), um durch die Überlagerung der
Kraftstoffvolumenströme der einzelnen Pumpelemente eine
möglichst geringe Volumenstrompulsation und somit eine
gleichförmige Förderung zur Common-Rail zu erzielen. Jede
Pumpeinheit hat einen Zylinder, in dem ein Kolben geführt
ist, der mit einem Gleitschuh auf einem Exzenter einer Ex
zenterwelle oder auf einem Exzenterring anliegt. Die Steue
rung der Kraftstoffzufuhr und -abfuhr zum beziehungsweise
aus dem Verdrängerraum erfolgt über Saug- beziehungsweise
Druckventile. Um eine zuverlässige Anlage des Kolbens an
dem Exzenter zu gewährleisten, ist eine Druckfeder vorgese
hen, über die der Kolben in Richtung auf den Exzenter vor
gespannt ist. Diese Druckfeder greift beispielsweise am Au
ßenumfang des Kolbens an, so daß im Pumpengehäuse geeignete
Aufnahmen- und Abstützelemente für die Druckfeder vorgese
hen werden müssen. Der montage- und vorrichtungstechnische
Aufwand zur Vorspannung der Kolben ist bei herkömmlichen
Systemen demgemäß erheblich.
In der DE-197 27 249 A1 ist eine Radialkolbenpumpe be
schrieben, deren Kolben jeweils mit im Zylinder geführten
Stützkolben verbunden ist. Diese Kolbeneinheit wird eben
falls in der vorbeschriebenen Weise über eine Druckfeder in
ihre Anlageposition vorgespannt. Diese Stützkolben sollen
ein Verdrehen des Exenterrings verhindern. Auch bei dieser
Lösung ist ein erheblicher Aufwand zur Führung der Stütz
kolben und Abstützung der Druckfedern erfoderlich.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
die Kraftbeaufschlagung der Kolben einer Pumpenanordnung in
Richtung auf den Exzenter, den sogenannten Kolbenauszug,
derart zu gestalten, daß der vorrichtungs- und montagetech
nische Aufwand gegenüber den herkömmlichen Lösungen verrin
gert ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Pumpenanordnung mit den
Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Maßnahme, den Kolbenauszug nicht durch die
Kraft einer Feder sondern hydraulisch über eine
Druckkraftresultierende zu bewirken, kann der Bauraum zur
Aufnahme der bisher verwendeten Druckfedern eingespart wer
den, so daß die Hochdruckpumpe kompakter ausgebildet werden
kann. Aufgrund des geringeren Durchmessers der Pumpeinhei
ten können mehr Pumpeinheiten am Umfang des Exzenters ver
teilt werden, so daß die Volumenstrompulsation gegenüber
herkömmlichen Lösungen weiter verringert werden kann.
Unter Druckkraftresultierender soll im folgenden die
auf die Kolbeneinheit (Kolben, Stützkolben) wirkende Druck
kraft verstanden werden die sich aus den in Radialrichtung
wirkenden Drücken ergibt.
Darüber hinaus kann durch den Wegfall der Druckfedern
das Gewicht der Pumpe gegenüber den bekannten Lösungen ver
ringert werden.
Versuche zeigten, daß das dynamische Verhalten des er
findungsgemäßen, mit hydrostatischem Auszug arbeitenden
Pumpenkonzepts wesentlich besser als dasjenige der herkömm
lichen Pumpenkonstruktionen ist, so daß auch bei ungünsti
gen Betriebsbedingungen, beispielsweise beim Heißstart des
Motores oder bei Lastwechseln eine gleichmäßige Versorgung
der Common-Rail mit Kraftstoff gewährleistet ist. Es zeigte
sich, daß bereits bei Differenzdrücken von wenigen bar die
jenigen Kolbenauszugskräfte übertroffen werden, die bei
herkömmlichen Pumpen durch die vorgeschriebenen Druckfedern
erzielbar waren, so daß stets eine zuverlässige Anlage der
Gleitschuhe an den Exzenter gewährleistet ist.
Insbesondere bei Konstruktionen, bei denen der Kolben
direkt oder über einen Gleitschuh auf dem Exzenterring auf
liegt kann die Druckdifferenz zur Bewirkung des hydrostati
schen Kolbenauszugs vorteilhafterweise in einem Druckraum
und einem Exzenter- bzw. Zylinderraum aufgebaut, wobei der
Druck im Druckraum über eine kleine Verbindungsbohrung zur
Anlagefläche des Exzenters an den Kolben oder an dessen
Gleitschuh geführt ist, während in dem den Kolbenfuß umge
benden Exzenterraum ein höherer Druck herrscht, als derje
nige im Druckraum. Die Druckdifferenz ist durch eine geeig
nete Schaltung einstellbar, so daß der Kolbenfuß stets zu
verlässig in Richtung auf den Exzenter vorgespannt ist.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung ist
besonders kompakt, wenn der Druckraum durch eine Zuführlei
tung in der Exzenterwelle gebildet ist, in der die Verbin
dungsbohrung mündet und die mit einem Tank oder einem Zu
lauf für das Druckmittel verbunden ist.
Die Ausbildung der Zuführleitung ist einfach, wenn
diese als Axialbohrung ausgeführt ist, die über Radialboh
rungen mit einer Ringnut am Außenumfang der Exzenterwelle
verbunden ist, so daß das Druckmittel durch die Axialboh
rung, die Radialbohrungen, die Ringnut und die darin mün
denden Verbindungsbohrungen zu den jeweiligen Zylindern
führbar ist.
Die mechanische Belastung der auf Biegung beanspruchten
Exzenterwelle ist besonders gering, wenn die Radialbohrun
gen in die neutrale Phase der Exzenterwelle gelegt werden.
Der höhere Druck in dem Exzenterraum wird vorzugsweise
eingestellt, indem dieser über eine Druckleitung mit dem
Ausgang einer Vorförderpumpe verbunden ist. Zur Einstellung
der Druckdifferenz über der Anlagefläche kann in dieser
Druckleitung eine Ventileinrichtung vorgesehen werden, über
die der Druck in der Leitung und damit im Exzenterraum in
nerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wird eine
auf den Kolben oder seinen Gleitschuh wirkende Druckdiffe
renz ausgebildet, über die der Kolben beim Kolbenauszug in
Richtung auf den Exenter in seine Anlageposition gedrückt
wird. Dabei muß die Anlagefläche in geeigneter Weise
druckentlastet werden, um die Druckdifferenz in der vorbe
stimmten Höhe aufbauen zu können. Bei der Verwendung eines
Stützkolbens zur Lagesicherung des Exzenterringes kann
diese Druckkraftresultierende in einer alternativen Ausfüh
rungsform auch auf den Stützkolben drücken, so daß der Kol
ben nur mittelbar über diese Druckkraftresultierende in
seine Anlageposition vorgespannt ist.
Bei einem mit besonders geringem Aufwand realisierbaren
Ausführungsbeispiel ist der Stützkolben tassenförmig ausge
bildet, wobei der Kolben auf der Innenseite des Stützkol
benbodens aufliegt. D. h., bei dieser Variante übernimmt der
Stützkolben einerseits die Stabilisierung des Exzenterrings
und andererseits die Aufgabe des Gleitschuhes zur Verringe
rung der Reibung zwischen Kolben und Exzenterring.
Dieser Stützkolben wird über den Druck in einer Druck
leitung in seine Anlageposition vorgespannt.
Bei der Ausbildung von mehreren Zylindern in einer Pum
penanordnung werden deren Stützkolben über einen gemeinsa
men Verbindungskanal mit der Druckleitung verbunden. D. h.,
das Druckmittel kann entlang des Verbindungskanals zwischen
den Stützkolben hin- und herströmen, so daß der entspre
chende Druckmittelraum als geschlossenes System ausgebildet
werden kann.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn in der Druck
leitung ein Rückschlagventil vorgesehen ist, über das
Druckmittel in den geschlossenen Druckraum nachströmen
kann.
Für den Fall, daß die Pumpenanordnung auch eine Vorför
derpumpe aufweist wird es bevorzugt, wenn der Druck in der
Druckleitung dem Vorförderdruck entspricht und ein in Ge
genrichtung auf den Stützkolben wirkender Druck etwa dem
Druck an der Saugseite der Vorförderpumpe oder dem Tank
druck entspricht.
Eine besonders gut für Common-Rail-Einspritzsysteme ge
eignete Pumpenanordnung erhält man, wenn die der Hochdruck
pumpe hydraulisch vorgeschaltete Vorförderpumpe ebenfalls
als Radialkolbenpumpe ausgeführt ist, deren Verdränger von
der gleichen Exzenterwelle angetrieben werden. Das heißt,
die Verdränger der Vorförderpumpe und die Kolben der Hoch
druckpumpe können entweder wechselweise am Umfang eines Ex
zenters verteilt werden oder aber, bei einer alternativen
Ausführungsform in zwei parallelen Ebenen axial hinterein
anderliegend auf der Exzenterwelle angeordnet werden. Beide
Varianten zeichnen sich durch einen äußerst kompakten Auf
bau aus, wobei durch eine einzige, gemeinsame Antriebswelle
ein synchroner Lauf gewährleistet ist.
Der guten Ordnung halber sei angemerkt, daß sich die
Anmelderin vorbehält, auf diese besondere Relativanordnung
der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe in einem einzigen
Pumpengehäuse mit einer gemeinsamen Exzenterwelle eine ei
gene Anmeldung zu richten, wobei diese Ausführungsform
nicht auf den hydrostatischen Kolbenauszug beschränkt wäre,
sondern auch einen konventionellen Kolbenauszug aufweisen
könnte.
Beim Antrieb der Vorförder- und der Hochdruckpumpe über
einen gemeinsamen Exzenter wird es bevorzugt, wenn wechsel
weise drei Kolben der Hochdruckpumpe und drei Verdränger
der Vorförderpumpe am Umfang eines Exzenters verteilt wer
den, so daß über diesen sechs Verdrängereinheiten umlaufend
angesteuert werden. Alternativ könnten die drei Kolben der
Hochdruckpumpe und die drei Verdränger einer Vorförderpumpe
in zwei Ebenen koaxial hintereinander angeordnet werden.
Bei derartigen Systemen mit ungerader Anzahl von Pumpein
heiten ist eine geringe Volumenstrompulsation gewährlei
stet.
Der Aufbau der Vorförderpumpe läßt sich in beiden Fäl
len vereinfachen, wenn deren Sauganschluß durch eine Durch
gangsbohrung im Verdränger gebildet wird, die mit einer An
saug- oder Steuerbohrung in einem Exzenterring der Exzen
terwelle zusammenwirkt, so daß durch eine Tangentialbewe
gung der Exzenterring-Anlagefläche die Axialbohrung des
Verdrängers zum Ansaugen auf- beziehungsweise zusteuerbar
ist.
Die Verstellung der Hochdruckpumpe erfolgt vorzugsweise
über eine Saugdrosselung mittels eines Volumenstromregel
ventils.
Der Aufbau der Pumpenanordnung ist aus fertigungstech
nischer Sicht besonders vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse
dreiteilig mit einem Pumpenflansch, einem Zylindergehäuse
und einem Pumpendeckel ausgeführt ist, so daß die benötig
ten Anschlüsse, Verbindungskanäle etc. im Bereich der
Trennebene zwischen den genannten Bauelementen ausgeführt
sein können.
Auch bei sauggedrosselten Systemen wird das Druckmittel
stark erwärmt, so daß eine Kühlung erforderlich sein kann.
In diesen Fällen wird im Pumpengehäuse ein von der Exzen
terwelle angetriebenes Kühlgebläse vorgesehen, über das der
Zulauf zu oder der Rücklauf von einem Verbraucher durch
Konvektion kühlbar ist.
Um den Verschleiß der Pumpenanordnung möglichst gering
zu halten, können im Bereich der Anlagefläche zwischen Kol
ben und Exzenterwelle feine Kerben ausgebildet werden, über
die eine geringe Kühlströmung vom Exzenterraum in den
Druckraum ermöglicht wird.
Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der weiteren Unteransprüche.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltschema einer erfindungsgemäßen Pum
penanordnung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Pumpenanordnung
für die Hydraulikschaltung aus Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Pumpenanordnung
aus Fig. 2;
Fig. 4 einen Längsschnitt entlang einer anderen
Schnittebene als derjenigen aus Fig. 3;
Fig. 5 eine Ansicht eines Pumpendeckels der Pumpenan
ordnung aus Fig. 2;
Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausfüh
rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung;
Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausfüh
rungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpenanordnung und
Fig. 8 eine schematisierte Schnittdarstellung eines
vierten Ausführungsbeispiels einer Pumpenanordnung.
Fig. 1 zeigt ein stark vereinfachtes Schaltschema für
eine in einem Common-Rail-Einspritzsystem eingesetzte Pum
penanordnung 1. Diese hat eine Vorförderpumpe 2, über die
Dieselkraftstoff aus einem Tank T angesaugt und zu einem
Sauganschluß 4 einer Hochdruckpumpe 6 gefördert wird.
Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über einen Hoch
druckanschluß 8 an eine Common-Rail CR abgegeben.
Zwischen dem Tank T und der Vorförderpumpe 2 ist ein
Filter 10 vorgesehen, über den Verunreinigungen und Aus
flockungen (Paraffin) aus dem Kraftstoff herausfilterbar
sind.
In einer sich zwischen dem Druckanschluß der Vorförder
pumpe 2 und dem Sauganschluß 4 der Hochdruckpumpe 6 er
streckenden Saugleitung 12 ist ein Volumenstromregelventil
14 ausgebildet, über das der Kraftstoffvolumenstrom gedros
selt und somit der Füllgrad der Hochdruckpumpe 6 verstellt
werden kann. In der federvorgespannten Grundposition befin
det sich das Volumenstromregelventil 14 in seiner Sperr
stellung. Prinzipiell sind jedoch auch andere Schaltungsva
rianten vorsehbar.
Von der Saugleitung 12 zweigt eine Druckleitung 16 ab,
die zu einer Ventileinrichtung 20 geführt ist, über die der
Druck im Bereich zwischen der Ventileinrichtung 20 und ei
nem Druckanschluß 18 auf einen vorbestimmten Bereich zwi
schen beispielsweise 3 bis 10 bar einstellbar ist. Der
Druckanschluß 18 mündet in einem Exzenterraum 62, auf den
im folgenden eingegangen wird.
Für die vorbeschriebene Aufgabe können eine Vielzahl
von Ventilkonstruktionen verwendet werden, so daß die fol
gende Beschreibung der Ventileinrichtung lediglich bei
spielhaft aufgefaßt werden soll.
Die dargestellte Ventileinrichtung 20 hat einen Ventil
körper 22, der in einem Gehäuse geführt ist. Der Ventilkör
per 22 wird über eine Druckfeder 26 in eine Stellung vorge
spannt, in der zwei Anschlüsse 28, 30 abgesperrt sind. Der
in Fig. 1 obere Anschluß 28 ist über eine Verbindungslei
tung 17 mit dem Druckanschluß 18 verbunden, während der an
dere Anschluß 30 über eine Tankleitung 32 mit dem Tank T
verbunden ist. Die Stirnfläche des Ventilkörpers 22 ist
über die Druckleitung 16 mit dem Druck in der Saugleitung
12, das heißt mit dem Ausgangsdruck der Vorförderpumpe 2
beaufschlagt. Die Kraft der Druckfeder 26 ist so ausge
wählt, daß die Verbindung zum Druckanschluß 18 über den An
schluß 28 erst dann aufgesteuert wird, wenn die Vorförder
pumpe 2 einen Druck von zumindest 3 bar aufgebaut hat. Beim
Überschreiten der oberen Grenze, die beim gezeigten Ausfüh
rungsbeispiel bei etwa 10 bar liegt, wird der Anschluß 30
aufgesteuert, so daß ein Kraftstoffteilstrom zum Tank T zu
rückgeführt und der Druck am Druckanschluß 18 auf den Maxi
malwert (im vorliegenden Ausführungsbeispiel 10 bar) be
schränkt ist. Das heißt, am Druckanschluß 18 liegt ein
Druck im Bereich von 3 und 10 bar an. Unterhalb der vorge
nannten unteren Grenze wird die Verbindung zwischen den
Leitungen 16, 17 abgesperrt. Die Verbindungsleitung 17 kann
jedoch über nicht dargestellte Kerben mit der Tankleitung
32 verbunden werden, so daß der Druck im Exzenterraum abge
baut werden kann.
Die im Schaltschema gemäß Fig. 1 dargestellte Hoch
druckpumpe 6 ist als Radialkolbenpumpe mit drei Pumpeinhei
ten 34, 35, 36 ausgeführt, die einen Kolben 38, einen Zy
linder 40, ein Saugventil 42 und ein Druckventil 44 aufwei
sen. Die Saugventile verbinden den Verdrängerraum der je
weiligen Pumpeinheiten 34 bis 36 mit einer Zulaufleitung
46, die über den Sauganschluß 4 mit dem Ausgangsanschluß
des Volumenstromregelventils 14 verbunden ist.
Der Eingang eines jeden Saugventils 42 ist über eine
Entlüftungsdrossel 50 mit einer Rücklaufleitung 52 verbun
den, die im Tank T mündet.
Die Druckventile 44 sind über eine Sammelleitung 48 mit
dem Hochdruckanschluß 8 verbunden.
Der Antrieb der Kolben 38 erfolgt über eine Exzenter
welle 54, auf der ein Exzenterring 56 geführt ist, auf des
sen Anlageflächen Gleitschuhe 60 der Kolben 38 aufliegen.
Der Exzenterraum 62 ist im Pumpengehäuse ausgebildet,
in den die kolbenfußseitigen Endabschnitte der Kolben 38
mit den Gleitschuhen 60 eintauchen und in dem auch die An
lageflächen 58 des Exzenterrings 56 angeordnet sind.
Die Exzenterwelle 54 ist von einer Axialbohrung 64
durchsetzt, die über eine Tankleitung 66 mit der Rücklauf
leitung 52 und damit mit dem Tank T verbunden ist. Die
Axialbohrung 64 ist über zwei Radialbohrungen 68 mit einem
Ringraum oder einer Ringnut 70 am Außenumfang der Exzenter
welle 54 oder am Innenumfang des Exzenterrings 56 verbun
den. Jeder der vorbeschriebenen Pumpeinheiten 34 bis 36 ist
eine Verbindungsbohrung 71 zugeordnet, die den Exzenterring
56 in Radialrichtung durchsetzt und über die der Druck im
Ringraum 70 zur Anlagefläche 58 im Bereich zwischen dem
Gleitschuh 60 und dem Kolben 38 geführt ist.
Demgemäß wird der Kolben 38 von einer Druckdifferenz
beaufschlagt, die durch den Druck im Exzenterraum 62 einer
seits und dem Druck in den Verbindungsbohrungen 71 anderer
seits bestimmt ist. Das heißt, durch die Druckdifferenz
über der Anlagefläche 58 (im Anlagebereich zwischen Gleit
schuh 60 und Exzenter 56) wird die Andruckkraft des Kolbens
38 an den Exzenter bestimmt. Dieser hydrostatische Kolben
auszug ermöglicht es, vollständig auf die üblicherweise
eingesetzten Druckfedern zu verzichten, über die die Kolben
38 in Richtung auf den Exzenterring 56 vorgespannt sind.
Um die Schwächung der Exzenterwelle 54 durch die Axial-
und Radialbohrungen 64, 68 auf ein Minimum zu reduzieren,
werden die Radialbohrungen 68 im Bereich der neutralen Fa
ser der auf Biegung beanspruchten Exzenterwelle 54 ausge
bildet, so daß eine maximale Festigkeit bei minimalem Ex
zenterwellenquerschnitt erzielbar ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Druckfe
dern der Saugventile 52 vergleichsweise schwach, mit etwa
1,5 bar ausgelegt, so daß ein weiches Schließen der Saug
ventile 42 gewährleistet ist. Über die Entlüftungsdrosseln
50 können insbesondere beim Warmstart des Dieselmotores
eventuell vorhandene Dampfblasen schnell zum Tank T zurück
geführt werden, so daß eine optimale Füllung der Verdrän
gerräume der Hochdruckpumpe 6 gewährleistet ist.
In den folgenden Zeichnungen werden einige konkrete
Ausführungsbeispiele für Pumpenanordnungen beschrieben, die
in dem in Fig. 1 dargestellten Schaltschema für ein Com
mon-Rail-Einspritzsystem verwendbar sind.
Bei dem im folgenden anhand der Fig. 2 bis 5 be
schriebenen Ausführungsbeispiel sind die Vorförderpumpe 2
und die Hochdruckpumpe 6 in einem gemeinsamen Pumpengehäuse
72 (siehe Fig. 3) aufgenommen. Wie insbesondere aus Fig.
3 entnehmbar ist, hat dieses Pumpengehäuse 72 einen drei
teiligen Aufbau, mit einem Pumpenflansch 74, einem die Pum
peinheiten aufnehmenden Zylindergehäuse 76 und einem Pum
pendeckel 78. Dieser plattenförmige Aufbau ermöglicht es,
die erforderlichen Verbindungskanäle und Verdrängerelemente
mit vergleichsweise geringem Aufwand im Zylindergehäuse 76
beziehungsweise in der Trennebene zwischen den Bauelementen
74, 76, 78 auszubilden.
Die Zentrierung des Zylindergehäuses 76 mit Bezug zum
Pumpendeckel 78 beziehungsweise zum Pumpenflansch 74 er
folgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel mittels eines
dünnwandigen Stahlrohres 80, das den Außenumfang der schei
benförmigen vorgenannten Bauteile umgreift. Das Stahlrohr
80 kann beispielsweise durch Aufschrumpfen oder auf ähnli
che Weise aufgebracht werden. Selbstverständlich sind auch
andere Maßnahmen zur Zentrierung der Bauelemente zueinan
der, wie beispielsweise Zentriervorsprünge/-nuten, Paß
stifte etc. einsetzbar.
Die vom Verbrennungsmotor angetriebene Exzenterwelle 54
taucht vom Pumpenflansch 74 her in das Pumpengehäuse 72 ein
und ist in diesem über geeignete Gleitlager 82 und Dichtun
gen 84 gelagert. Die Exzenterwelle 54 hat einen Exzenter
86, auf dem der Exzenterring 56 leitend geführt ist.
Die Relativanordnung der Verdränger/Kolben 38/88 der
Vorförderpumpe 2 beziehungsweise der Hochdruckpumpe 6 ist
besonders gut aus Fig. 2 ersichtlich, die einen Quer
schnitt durch das Zylindergehäuse 76 zeigt.
Demgemäß ist der auf dem Exzenter 86 der Exzenterwelle
54 geführte Exzenterring 56 mit sechs Abflachungen oder An
lageflächen 58 ausgebildet, an denen in wechselnder Reihen
folge ein Kolben 38 der Hochdruckpumpe 6 beziehungsweise
ein Verdränger 88 der Vorförderpumpe 2 anliegen. Die Zylin
der 40 der Hochdruckpumpe 6 und die Verdrängerzylinder 90
der Vorförderpumpe sind entsprechend als Radialbohrungen im
Pumpenkörper 76 ausgebildet.
Gemäß Fig. 2 sind des weiteren noch Axialbohrungsab
schnitte 92, 94, 96 ausgebildet, die einen Teil der in
Fig. 1 dargestellten Saugleitung 12 zwischen Vorförderpumpe
2 und Volumenstromregelventil 14 (Axialbohrung 92) bezie
hungsweise einen Abschnitt der Druckleitung 16 zur Ventil
einrichtung 20 (Axialbohrung 94) beziehungsweise einen Teil
der Sammelleitung 48 (Axialbohrung 96) ausbilden.
Wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Saug
ventile 42 und die Druckventile 44 der Hochdruck-Pumpein
heiten 34 bis 36 in herkömmlicher Bauweise als Plattenven
tile ausgeführt. Die Saugventile 42 sind dabei koxial zu
den Achsen der Zylinder 40 angeordnet, während die Druck
ventile 44 in Aufnahmen im Pumpenflansch 74 gelagert sind.
Der Eingangsanschluß jedes Druckventils 44 ist über einen
Verbindungsbohrungsabschnitt 98 mit dem Verdrängerraum der
zugeordneten Pumpeinheit 34 bis 36 verbunden. Die Ausgangs
anschlüsse der Druckventile 44 münden in einen Druckkanal
100, der im Pumpenflansch 74 ausgebildet ist und praktisch
die Sammelleitung 48 des in Fig. 1 dargestellten Systems
darstellt. Der Druckkanal 100 ist bei dem in Fig. 5 darge
stellten Ausführungsbeispiel durch drei einander schnei
dende Tangentialbohrungen 101, 102, 103 ausgebildet, die
vom Außenumfang des Pumpenflansches 74 her gebohrt werden
und deren Mündungsabschnitte im Umfangsbereich des Pumpen
flansches 74 über Verschlußkörper 104 verschlossen sind.
Der Druckkanal 100 mündet in dem Axialbohrungsabschnitt 96
(Fig. 2) der zu dem im Pumpendeckel ausgebildeten Hoch
druckanschluß 8 geführt ist.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, liegen die Kolben
38 der Hochdruckpumpe über Gleitschuhe 60 an den Anlageflä
chen 58 an. Diese Gleitschuhe 60 haben einen bekannten Auf
bau, so daß auf eine Beschreibung verzichtet werden kann.
Die Zuführung des Druckmittels (Kraftstoff) zum Saug
ventil 42 folgt über einen Saugkanal 106, der im Pumpen
deckel 78 und im Umfangsbereich des Zylindergehäuses 76
ausgebildet ist. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
ist der Saugkanal 106 im Bereich jedes Saugventils 42 über
die eingangs beschriebene Entlüftungsdrossel 50 mit einem
Entlüftungskanal 110 verbunden. Die Entlüftungsdrossel 50
ist beim gezeigten Ausführungsbeispiel durch feine Umfangs
kerben am Außenumfang des Pumpenflansches 78 ausgebildet,
so daß Dampfblasen im Eingangsbereich der Saugventile 42
über die Umfangskerben in den ebenfalls am Außenumfang des
Pumpendeckels 78 ausgebildeten Entlüftungskanal 110 ableit
bar sind. Letzterer ist, wie in Fig. 4 dargestellt ist,
mit einem Tankanschluß 112 im Pumpendeckel verbunden. Durch
diese Konstruktion können Dampfblasen im Bereich des Saug
anschlusses schnellstmöglich zum Tank zurückgeführt werden,
so daß die Dynamik der Pumpenanordnung und das Warmstart
verhalten erheblich verbessert werden.
Aus Fig. 4 ist des weiteren entnehmbar, daß im Pumpen
deckel 78 ein Zulaufanschluß 114 ausgebildet ist, über wel
chen der von der Vorförderpumpe 2 angesaugte Kraftstoff in
die Axialbohrung 64 der Exzenterwelle 54 eintreten kann.
Von der Axialbohrung 64 gelangt der Kraftstoff über die in
der neutralen Faser der Exzenterwelle 54 ausgebildeten Ra
dialbohrungen 68 in die Ringnut 70 beziehungsweise den
Ringraum zwischen den Exzenter 86 und dem Exzenterring 56.
Der Druck im Ringraum wird in der eingangs beschriebenen
Weise über die Verbindungsbohrungen 71 zur Auflagefläche
des Gleitschuhs 60 auf die Anlagefläche 58 geführt. Das
heißt, in der Gleitebene zwischen diesen beiden Bauelemen
ten herrscht der Druck im Ringraum 70, der im wesentlichen
dem Druck am Zulaufanschluß 114 entspricht.
Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert
wurde, tauchen die fußseitigen Endabschnitte der Kolben 38
mit dem Gleitschuh 60 in den Exzenterraum 62 ein, der im
Zylindergehäuse 76 ausgebildet ist, und in dem der Exzen
terring 56 mit dem Exzenter 86 aufgenommen sind. Wie insbe
sondere aus Fig. 4 entnehmbar ist, steht der Druckraum 62
über einen Verbindungskanal 116 im Pumpenflansch 74 mit dem
Anschluß 28 der Ventileinrichtung 20 in Verbindung, über
die der Druck im Exzenterraum 62 innerhalb des vorbestimm
ten Druckbereiches (beispielsweise 3 bis 10 bar) gehalten
wird. Am Eingangsanschluß der Ventileinrichtung 20 liegt
der Ausgangsdruck der Vorförderpumpe 2 an, der über einen
Vorförderkanal 118 im Pumpenflansch 74 abgegriffen wird.
Wie bereits beschrieben, steuert die Ventileinrichtung 20
den Anschluß 28 auf, sobald der Druck im Vorförderkanal 118
den unteren Grenzwert (3 bar) überschreitet. Bei Über
schreiten des oberen Grenzwertes (10 bar) wird der Anschluß
30 aufgesteuert und eine Verbindung zum Tankanschluß 112
geöffnet, so daß der Druck im Exzenterraum 62 stets inner
halb der vorbestimmten Grenzen gehalten wird. Die Ventilei
nrichtung 20 ist im Bereich der Axialbohrung 94 gemäß Fig.
2 aufgenommen.
Die Verdränger 88 der Vorförderpumpe 2 liegen ebenfalls
an den ihnen zugeordneten Anlageflächen 58 an, wobei die
Anlage über Gleitschuhe oder über einstückig mit den Ver
drängern 88 ausgeführten Auflageabschnitte erfolgen kann.
Zur Verbesserung des Startverhaltens sind die Verdränger 88
in herkömmlicher Weise über Kolbenfedern 120 gegen die An
lageflächen 58 des Exzenters 56 vorgespannt.
Jeder Verdränger 88 hat eine als Axialbohrung ausge
führte Durchgangsbohrung 121, über die der Kraftstoff
(Druckmittel) in den Verdrängerraum 122 ansaugbar ist.
Die Durchgangsbohrungen 121 wirken zusammen mit dem Ex
zenterring 56 ausgebildeten Ansaugbohrungen 124, die in der
Ringnut 70 münden. Die Relativposition der Ansaugbohrungen
124 und der Durchgangsbohrungen 121 ist derart gewählt, daß
aufgrund der "Taumelbewegung" der Exzenterscheibe 56 die
Durchgangsbohrungen 121 auf- und zugesteuert werden können.
Das heißt, die Saugventile der Vorförderpumpe werden prak
tisch durch das Auf- und Zusteuern der Durchgangsbohrungen
120 über den Exzenter 56 ersetzt.
Wie Fig. 3 entnehmbar ist, sind die Druckventile der
Pumpeinheiten der Vorförderpumpe 2 wiederum durch jeweils
ein Plattenventil 126 gebildet, dessen Ausgangsanschluß im
Vorförderkanal 118 mündet.
Wie insbesondere Fig. 2 entnehmbar ist, ist der Vor
förderkanal 118 zum Eingangsanschluß des in der Axialboh
rung 92 aufgenommenen Volumenstromregelventils geführt,
über das eine Drosselung des Kraftstoffvolumenstroms zum
Eingangsanschluß der Hochdruckpumpe 6 erfolgt. Entsprechend
ist der Ausgangsanschluß 128 des Volumenstromregelventils
14 mit dem im Pumpendeckel 78 ausgebildeten Saugkanal 106
verbunden, der zum Saugventil 42 der Pumpeinheiten 34 bis
36 der Hochdruckpumpe 6 führt. Auf die bauliche Ausgestal
tung des Volumenstromregelventils 14 soll an dieser Stelle
nicht eingegangen werden, da dies für die Erfindung von un
tergeordneter Bedeutung ist.
Die Abdichtung zwischen dem Exzenterraum 62 und den
Bohrungen der Exzenterwelle 54 erfolgt unter anderem über
den Exzenterring 56 und den darauf gleitend geführten Kol
ben 38. Auf die sonstigen Dichtungselemente zur Abdichtung
der Pumpenanordnung soll an dieser Stelle nicht eingegangen
werden.
Bei der vorbeschriebenen Konstruktion sind die Pumpein
heiten der Vorförderpumpe 2 und der Hochdruckpumpe 6 radial
in einer Ebene um die Exzenterwelle 54 verteilt, so daß ei
ne sehr kurz bauende Pumpenanordnung erhalten wird, bei der
die Scheibenbauweise einen besonders einfachen Aufbau und
eine einfache Ausbildung der Verbindungskanäle ermöglicht.
Um einen möglichst guten Wirkungsgrad zu erhalten, sind
die Kolben 38 mit einer vergleichsweise geringen Passung in
die Zylinderbohrung eingepaßt, während die Verdrängerkolben
88 mit einem größeren Spiel im Zylinder 90 laufen, um die
Einstellbarkeit zu verbessern.
Ein besonderer Vorteil der vorbeschriebenen Konstruk
tion liegt darin, daß der Exzenterring über die Verdränger
88 abgestützt ist, so daß eine zuverlässige Lagepositionie
rung mit Bezug zu den Kolben 38 der Hochdruckpumpe 6 ge
währleistet ist.
Durch den Antrieb über einen gemeinsamen Exzenter 86
kann die Fördermenge der Vorförderpumpe 2 einfach an den
Bedarf der Hochdruckpumpe 6 angepaßt werden, wobei die För
dermengencharakteristik aufgrund der gemeinsamen Betätigung
besonders gut mit derjenigen der Hochdruckstufe harmoni
siert.
Um den Verschleiß im Anlagebereich zwischen dem Gleit
schuh 60 und der Anlagefläche 58 zu minimieren, können in
der Anlagefläche kleine Kerben ausgebildet werden, über die
eine Kühlmittelströmung vom Exzenterraum 62 zu der Verbin
dungsbohrung 71 aufgebaut werden kann, so daß praktisch ei
ne Kühlströmung entlang der Auflagefläche vorliegt.
Die Verdränger 88 der Vorförderpumpe 2 liegen aufgrund
der Wirkung der Kolbenfeder 120 stets am Exzenterring 56
an, so daß über die Vorförderpumpe 2 unmittelbar nach dem
Starten des Motores Kraftstoff gefördert werden kann. Beim
Starten des Verbrennungsmotores wird das Volumenstromregel
ventil 14 in eine Durchgangsstellung gebracht, so daß die
Verdrängerräume der Zylinder 40 mit Kraftstoff gefüllt und
in ihre Anlageposition an den Exzenterring 56 ausgefahren
werden. Wenn der von der Vorförderpumpe 2 aufgebaute Druck
den unteren Grenzwert von 3 bar überschreitet, wird die
Ventileinrichtung 20 aufgesteuert, so daß der Exzenterraum
62 mit Kraftstoff gefüllt und die Vorspannung der Kolben in
Richtung auf den Exzenter 86 aufgebaut wird. Der Füllgrad
der Verdrängerräume der Hochdruckpumpe 6 wird über die ent
sprechende Regelposition des Volumenstromregelventils 14
eingestellt, so daß ein entsprechender Druck an die Common-
Rail CR abgegeben wird.
Die einander zuweisenden Stirnseiten des Zylindergehäu
ses 76, des Pumpenflansches 74 und des Pumpendeckels 78
sind als Multifunktionsflächen ausgeführt, die mehrere
Funktionen, beispielsweise die Bereitstellung der Ventil
sitze für die in Plattenbauweise ausgeführten Druckventile
der Hochdruck- und der Vorförderpumpe, die Zusammenführung
der von der Vorförderpumpe 2 geförderten Förderströme, die
Versorgung der Ventileinrichtung 20 mit dem Vorförderdruck,
die Versorgung des Volumenstromregelventils 14 mit Vorför
derdruck, die Abdichtung der einzelnen, unterschiedliche
Druckniveaus aufweisenden Druckräume und die axiale Führung
der Exzenterwelle 54 und des Exzenterringes 56 erfüllen
kann.
Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Sammelleitung 48 durch einen im Pumpenflansch 74
umlaufenden Ringkanal 130 gebildet, in dem die Ausgangsan
schlüsse der Druckventile 44 der Hochdruckpumpe 6 münden.
Die Fertigung dieses umlaufenden Ringkanals 130 ist beson
ders einfach, wenn der Pumpenflansch 74 durch einen Grund
körper 132 und einen Außenring 134 gebildet ist, wobei der
Ringkanal 130 als Umfangsnut am Grundkörper 132 ausgebildet
ist.
Nach dem Ausbilden des Ringkanals 130 und der zum
Druckventil 44 führenden Winkelbohrung wird der Außenring
134 aufgesetzt und mit dem Grundkörper 132 verbunden. Diese
Verbindung kann beispielsweise durch Elektronenstrahl
schweißen erfolgen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die ge
meinsame Anordnung der Verdränger der Hochdruckpumpe 6 und
der Vorförderpumpe 2 entlang des Umfangs eines Exzenters 86
beschränkt, sondern bei besonders großem Hubvolumen könnten
auch sechs Hochdruck-Kolben 38 an einem Exzenter angeordnet
werden, wobei dann die Verdränger 88 der Vorförderpumpe 2
in einer parallelen Ebene angeordnet sind. Eine derartige
Pumpe würde ein größeres Hubvolumen aufweisen, hätte aller
dings eine größere Baulänge.
Auch bei sauggedrosselten Verstellpumpen kann der Wär
meanfall im Kraftstoff sehr hoch werden, so daß Maßnahmen
zur Kühlung ergriffen werden müssen.
Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der von
der Common-Rail zurückgeführte Kraftstoffstrom und/oder der
aus dem Tank angesaugte Kraftstoff vor dem Eintreten in die
Verdrängerräume gekühlt wird.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt der Zulauf
von dem Tank oder von der Common-Rail und der Ablauf zur
Common-Rail über einen Befestigungsflansch 136, so daß ent
sprechend der Zulaufanschluß 114 und der Druckanschluß 8
stirnseitig an der Rückseite des Pumpenflansches 74 ausge
bildet sind. Der zugeführte Kraftstoff wird über einen
Axialkanal 138 durch den Pumpenflansch 74, das Zylinderge
häuse 76 und den Pumpendeckel 78 geführt und tritt in eine
Spiralnut 140 ein, die in der Stirnfläche eines Kühldeckels
142 eingebracht ist. Der Kühldeckel ist auf die Rückseite
des Pumpendeckels 78 aufgeschraubt.
Die Spiralnut 140 mündet in einem zwischen dem Kühl
deckel 142 und dem Pumpendeckel 78 angeordneten Kühlkanal,
über den der Kraftstoff in die Axialbohrung 64 eintritt.
Auf einem nabenförmigen Vorsprung des Kühldeckels 142 ist
ein Lüfterrad 146 drehbar gelagert, das drehfest mit der
Exzenterwelle 54 verbunden ist. Der Umfangsbereich des
Kühldeckels 142 und das Lüfterrad 146 sind von einem Deckel
148 umgeben, in dem Durchbrüche 150 für den Lufteintritt
vorgesehen sind. Der Deckel 148 kann einstückig mit dem
Stahlrohr 80 ausgebildet sein, so daß dieser napfförmig ge
formt ist.
Der Kühldeckel 142 wird aus einem Material mit guter
Wärmeleitfähigkeit gefertigt, so daß der die Spiralnut 140
durchströmende Kraftstoff durch die über das Lüfterrad 146
bewirkte Luftströmung gekühlt wird.
Diese Variante ist energetisch günstiger und kompakter
als eine externe Kühleinrichtung, so daß sich die Abmessun
gen der Pumpenanordnungen gegenüber herkömmlichen Lösungen
weiter minimieren lassen.
Die Anmelderin behält sich vor, auf eine derartige Küh
lung einen eigenen nebengeordneten Anspruch zu richten, der
unabhängig von der Anordnung und Konstruktion der Verdrän
ger ist. Bei dem in Fig. 7 beschriebenen Ausführungsbei
spiel erfolgt die Entlüftung ebenfalls über den Befesti
gungsflansch 136, so daß der Entlüftungskanal 110 entspre
chend im Pumpenflansch 74 ausgebildet ist.
Dem besseren Verständnis halber sei nochmals der Strö
mungspfad des Kraftstoffes innerhalb der Pumpenanordnung 1
beschrieben:
Bei laufendem Verbrennungsmotor tritt der Kraftstoff über den Zulaufanschluß 114 in die Axialbohrung 64 der Ex zenterwelle 54 ein. Von dort gelangt der Kraftstoff in die Ringnut 70, so daß bei entsprechender Relativposition einer Ansaug- oder Steuerbohrung 124 mit Bezug zur Durchgangsboh rung 120 Kraftstoff in den Verdrängerraum 122 einer Pum peinheit der Vorförderpumpe 2 angesaugt wird. Bei der wei teren Umdrehung des Exzenters 86 wird dieser Kraftstoff verdichtet und über das Plattenventil 126 in den Vorförder kanal 118 eingeleitet. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über den Vorförderkanal 118 zum Eingangsanschluß des Volumenstromregelventils 14 und dort auf einen über die Mo torsteuerung regelbaren Druck angedrosselt. Der Ausgangsan schluß 128 des Volumenstromregelventils 14 ist über den Saugkanal 106 mit den Saugventilen 42 verbunden, so daß durch Öffnen eines Plattenventiles der Kraftstoff in den Verdrängerraum der Hochdruck-Pumpeinheiten einströmen kann.
Bei laufendem Verbrennungsmotor tritt der Kraftstoff über den Zulaufanschluß 114 in die Axialbohrung 64 der Ex zenterwelle 54 ein. Von dort gelangt der Kraftstoff in die Ringnut 70, so daß bei entsprechender Relativposition einer Ansaug- oder Steuerbohrung 124 mit Bezug zur Durchgangsboh rung 120 Kraftstoff in den Verdrängerraum 122 einer Pum peinheit der Vorförderpumpe 2 angesaugt wird. Bei der wei teren Umdrehung des Exzenters 86 wird dieser Kraftstoff verdichtet und über das Plattenventil 126 in den Vorförder kanal 118 eingeleitet. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über den Vorförderkanal 118 zum Eingangsanschluß des Volumenstromregelventils 14 und dort auf einen über die Mo torsteuerung regelbaren Druck angedrosselt. Der Ausgangsan schluß 128 des Volumenstromregelventils 14 ist über den Saugkanal 106 mit den Saugventilen 42 verbunden, so daß durch Öffnen eines Plattenventiles der Kraftstoff in den Verdrängerraum der Hochdruck-Pumpeinheiten einströmen kann.
Der Druck im Vorförderkanal 118 liegt auch am Eingangs
anschluß der Ventileinrichtung 20 an, so daß bei Über
schreiten eines Vorförderdruckes von 3 bar der Anschluß 28
aufgesteuert und der Exzenterraum 62 mit diesem Druck be
aufschlagt wird. Folglich werden die Kolben 38 der Hoch
druckpumpe 2 durch die sich aufbauende Druckdifferenz über
der Auflagefläche der Gleitschuhe 60 an die Anlagefläche 58
in Richtung auf den Exzenter 86 beaufschlagt. Aufgrund der
Rotation des Exzenters 86 wird der im Verdrängerraum einer
Pumpeinheit 34 bis 36 befindliche Kraftstoff komprimiert
und über das Druckventil 44 in den Druckkanal 100 einge
speist, über den der druckbeaufschlagte Kraftstoff zum
Hochdruckanschluß 8 und weiter zur Common-Rail CR geführt
wird.
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wirkt
die Druckdifferenz stets direkt auf den Kolben 38 bzw. auf
seinen Gleitschuh 60. Dabei muß die Auflagefläche des Kol
bens 38 bzw. des Gleitschuhs 60 über die Ringnut 70 und die
darin mündenden Bohrungen 71, 68, 64 druckentlastet werden,
so daß insbesondere die Herstellung des Exzenterrings 56
und der Exzenterwelle 54 vergleichsweise aufwendig ist.
Eine Vereinfachung des Aufbaus und eine zusätzliche
Stabilisierung der Relativlage des Exzenterrings 56 läßt
sich durch einen Aufbau der Pumpenanordnung gemäß Fig. 8
bewirken.
Das Grundprinzip der in Fig. 8 dargestellten Schaltung
entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten
Pumpenanordnung 1. D. h., das Druckmittel wird über eine
Vorförderpumpe 2 aus einem Tank T angesaugt und über die
Saugleitung 12 dem Sauganschluß 4 einer Hochdruckpumpe 6
zugeführt und über den Hochdruckanschluß 8 an einen Ver
braucher, beispielsweise die Common-Rail abgegeben.
In der Saugleitung 12 ist das Volumenstrom- oder Saug
drosselventil 14 angeordnet, über das der Füllgrad der
Hochdruckpumpe verstellbar ist.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Hochdruck
pumpe drei Pumpeinheiten 34, 35, 36, die in einem gemeinsa
men Pumpengehäuse 72 aufgenommen sind. Jede Pumpeinheit 34,
35, 36 hat eine Zylinderbohrung 156, in der ein Stützkolben
154 axialverschiebbar geführt ist. In einem radialerweiter
ten Teil der Zylinderbohrung 156 ist eine Zylinderbuchse
158 gelagert, in der der Kolben 38 axialverschiebbar ge
führt ist. Den stirnseitigen Abschluß der Zylinderbohrung
156 bildet ein Zylinderkopf 160, in dem das Saugventil 42
und das Druckventil 44 aufgenommen sind.
Gemäß Fig. 8 hat der Stützkolben 156 einen tassenför
migen Querschnitt und liegt mit seinem Boden 162 auf der
Anlagefläche 58 (Fig. 1) des Exzenterrings 56 auf. Der Kol
ben 38 wird über eine Tellerfeder 164 oder einen sonstigen
Mitnehmer gegen die Innenstirnfläche des Bodens 162 vorge
spannt. Die Tellerfeder 164 ist entlang ihres Umfangs an ei
ner Innenschulter 168 des Stützkolben 154 abgestützt und
greift mit der Umfangskante ihrer Innenbohrung an einer
Ringnut 170 des Kolben 38 an. Die Tellerfeder 164 hat des
weiteren Durchbrüche 172 durch die hindurch Druckmittel zur
Innenstirnfläche des Bodens 162 fließen kann.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel taucht die Zy
linderbuchse 158 mit ihrem vom Zylinderkopf 160 entfernten
Endabschnitt in den tassenförmigen Stützkolben 154 ein, wo
bei allerdings ein Ringspalt 166 zwischen der Zylinderbuch
se 158 und dem Mantel des Stützkolbens 154 gebildet wird.
Jeweils zwei benachbarte Pumpeinheiten 34, 35, 36 sind
über Verbindungskanäle 174, 175 bzw. 176 miteinander ver
bunden. Ausweislich Fig. 8 münden die Verbindungskanäle
174 zwischen der Ringstirnfläche des Stützkolbens 154 und
dem zylinderkopfseitigen Endabschnitt der Zylinderbuchse
158. Das in den Verbindungskanälen 174, 175, 176 aufgenom
mene Druckmittel kann durch den Ringspalt 166 in den Innen
raum der Stützkolben 154 einströmen, so daß dieser durch
den Druck in den Kanälen 174, 175, 176 in seine Anlageposi
tion gegen den Exzenterring 56 vorgespannt wird.
Der Exzenterring 56 ist in einem Exzenterraum 178 ange
ordnet, der über die Tankleitung 66 mit dem Tank T verbun
den ist. Da der Stützkolben 154 mit seinem Boden in den Ex
zenterraum 178 eintaucht, wirkt auf den Stützkolben 154 der
Druck im Exzenterraum 178, der etwa dem Tankdruck T ent
spricht. Die auf den Stützkolben 154 wirkende Druckkraft
ergibt sich somit aus dem Differenzdruck zwischen dem Druck
im Exzenterraum 178 und dem Druck in den Druckkanälen 174,
175, 176 - oder genauer gesagt - im Inneren des Stützkol
bens 154.
Da insbesondere die Gleit- und Anlageflächen des Exzen
terrings 56 einer vergleichsweise hohen Belastung ausge
setzt sind, ist zwischen den Verbindungskanälen 174, 175,
176 und dem Exzenterraum 178 eine Drosselbohrung 180 ausge
bildet, über die Druckmittel zur Kühlung und/oder Schmie
rung in den Exzenterraum 178 einspeisbar ist.
Der durch die Kanäle 174, 175, 176 und die Innenräume
der Stützkolben 156 gebildete Druckraum ist über ein Rück
schlagventil 182 mit der Druckleitung 16 verbunden, die von
der Saugleitung 12 der Hochdruckpumpe abzweigt. Das Rück
schlagventil 182 ist somit in Öffnungsrichtung von dem Aus
gangsdruck der Vorförderpumpe beaufschlagt. Die Federrate
der Rückstellfeder 184 ist so ausgewählt, daß das Druckmit
tel beim Anfahren der Pumpenanordnung erst bei Überschrei
ten eines Mindestvorförderdruckes in die Druckkanäle 174,
175, 176 eingespeist wird. Dadurch ist gewährleistet, daß
beim Anfahren der Pumpenanordnung die Hochdruckpumpe mit
dem maximalem Vorförderpumpenvolumenstrom versorgt wird.
Bei Überschreiten dieses Mindestdrucks wird das Rückschlag
ventil 182 aufgesteuert und der vorbeschriebene Druckraum
mit Druckmittel gefüllt, so daß die Stützkolben 154 hydrau
lisch in ihre Anlageposition vorgespannt sind. Die sich in
diesem Druckraum ausbildende Leckage (beispielsweise über
die Drosselbohrung 180) wird dann durch Öffnen des Rück
schlagventils 182 ausgeglichen.
Aufgrund der geschlossenen Ausbildung des Druckraumes
(Verbindungskanäle 174, 175, 176 und Innenräume der Stütz
kolben 154) wird das Druckmittel durch die Axialbewegung
der Stützkolben 154 zwischen den Pumpeinheiten 34, 35, 36
hin- und hergeschoben, so daß sich bei normaler Funktion
keine Druckerhöhung in diesem Druckraum einstellt. Beim
Kippen oder Verdrehen des Exzenterringes 56 werden die
Stützkolben 154 aus ihrer Grundposition nach außen bewegt,
so daß der vorgenannte Druckraum verkleinert und der auf
die Stützkolben 154 wirkende Druck erhöht wird. D. h., der
auf die Stützkolben 154 wirkende Anpreßdruck erhöht sich
bei einer Verdrehung des Exzenterrings 56, so daß dieser
wieder in seine Grundposition zurückgestellt wird. Ein Ver
drehen des Exzenterrings 56 ist bei der in Fig. 8 darge
stellten Ausführungsform nahezu ausgeschlossen.
Bei dem in Fig. 8 gezeigten Ausführungsbeispiel sind
die Vorförderpumpe und die Hochdruckpumpe getrennt vonein
ander oder in zwei axialbeabstandeten Ebenen angeordnet.
Selbstverständlich ließe sich dieses Ausführungsbeispiel
auch mit einem Aufbau gemäß Fig. 2 realisieren, bei dem
die Verdränger einer Vorförderpumpe und die Kolbeneinheiten
der Hochdruckpumpe über einen gemeinsamen Exenter betätigt
werden.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wirkt der Stütz
kolben 154 auch als Gleitschuh. Selbstverständlich könnte
die erfindungsgemäße Lagesicherung des Exenterrings 56 auch
bei Ausführungsbeispielen angewendet werden, bei denen
Gleitschuh und Stützkolben getrennt voneinander ausgebildet
werden.
Offenbart ist eine Pumpenanordnung, die insbesondere
für Common-Rail-Einspritzsysteme geeignet ist. Die Pumpen
anordnung hat eine Hochdruckpumpe in Radialkolbenbauweise,
bei der eine Kolbeneinheit hydrostatisch in Richtung auf
den Exzenter vorgespannt sind.
Claims (20)
1. Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe (6) in Radial
kolbenbauweise, mit zumindest einer Pumpeinheit (34, 35,
36), in der eine Kolbeneinheit (38, 154) geführt ist, die
gegen einen Exzenterantrieb (54, 86) mit Exzenterring (56)
vorgespannt ist, so daß die Drehung eines Exzenters (86) in
eine Hubbewegung der Kolbeneinheit (38, 154) zum Ansaugen
und Verdichten von Druckmittel im Verdrängerraum der
Pumpeinheit (34, 35, 36) umsetzbar ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kolbeneinheit (38, 154) mittels einer
Druckkraftresultierenden hydraulisch in die Anlageposition
gegen den Exzenterring (56) vorspannbar ist.
2. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 1, wobei ein Kolben
(38) der Kolbeneinheit (38, 54) dichtend an einer Anlage
fläche (58) des Exzenterrings (56) anliegt, in der eine
Verbindungsbohrung (71) zu einem Druckraum (70) mündet, und
wobei ein Kolbenfuß (60) in einem vom Verdrängerraum ge
trennten Exzenterraum (62) geführt ist, in dem ein höherer
Druck als derjenige im Druckraum (70) herrscht.
3. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kolben (38) über einen Gleitschuh (60)
auf dem Exzenterring (56) abgestützt ist, und daß die Ver
bindungsbohrung (71) den Exzenterring (56) etwa in Radial
richtung durchsetzt.
4. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verbindungsbohrung (71) in einer Zuführ
leitung (70, 68, 64) mündet, die in der Exzenterwelle (54)
ausgebildet ist und mit einem Tank (T) für das Druckmittel
verbunden ist.
5. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Zuführleitung eine Axialbohrung (64) hat,
in der Radialbohrungen (68) münden, die ihrerseits zu einer
Ringnut (70) am Außenumfang der Exzenterwelle (54) geführt
sind.
6. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Radialbohrungen (68) im Bereich der neu
tralen Faser der Exzenterwelle (54) angeordnet sind.
7. Pumpenanordnung nach einem der Patentansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterraum (62) über eine
Druckleitung (116, 16, 17) mit einer Vorförderpumpe (2)
verbunden ist.
8. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß zwischen dem Exzenterraum (62) und der Vor
förderpumpe (2) eine Ventileinrichtung (20) angeordnet ist,
über die der Druck in der Druckleitung (16, 17, 116) in ei
nem vorbestimmten Bereich einstellbar ist.
9. Pumpenanordnung nach einem der Patentansprüche 3 bis 5
und 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorförderpumpe
(2) eine Radialkolbenpumpe ist, deren Verdränger (88) über
die Exzenterwelle (54) angetrieben werden, und daß der Zu
laufanschluß (116) der Vorförderpumpe (2) mit dem Druckraum
(70) und der Druckanschluß (126, 118) der Vorförderpumpe
(2) mittelbar oder unmittelbar mit dem Sauganschluß (106)
der Hochdruckpumpe verbindbar ist.
10. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hochdruckpumpe (6) und die Vorförderpumpe
(2) jeweils drei Kolben (38) beziehungsweise Verdränger
(88) haben, die abwechselnd über den Umfang verteilt am Ex
zenterring (56) der Exzenterwelle (54) anliegen.
11. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 10 und 5, dadurch
gekennzeichnet, daß jeder Verdränger (88) der Vorförderpum
pe (2) eine Durchgangsbohrung (120) hat, die in Abhängig
keit von der Tangentialbewegung des Exzenterringes (56) mit
einer diesen durchsetzenden Ansaugbohrung (124) verbindbar
ist, um Druckmittel anzusaugen.
12. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 1, wobei die Kol
beneinheit einen Kolben (38) hat, dem ein in der Pumpein
heit (34, 35, 36) geführter Stützkolben 154 zugeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stützkolben (154) über die
Druckkraftresultierende in seine Anlageposition vorgespannt
ist.
13. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 12, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Kolbenfuß des Kolbens (38) auf einem Bo
den (162) des Stützkolbens (154) abgestützt ist, und daß
dieser in seine Anlageposition über eine Druckleitung (16)
durch einen dem Vorförderdruck einer Vorförderpumpe (2)
entsprechenden Druck und in der Gegenrichtung durch den
Druck in einem Exzenterraum (178) beaufschlagt ist.
14. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 13, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hochdruckpumpe (6) mehrere Pumpeinheiten
(34, 35, 36) hat, deren Stützkolben (154) über Verbindungs
kanäle (174, 175, 176) mit der Druckleitung (16) verbunden
sind.
15. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 14, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Druckleitung (16) ein Rückschlagventil
(182) angordnet ist.
16. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 12 oder 13, Pumpen
anordnung nach Patentanspruch 14 oder 15, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verbindungskanäle (174, 175, 176) und der
Exzenterraum (178) über eine Drosselbohrung (180) miteinan
der verbunden sind.
17. Pumpenanordnung nach einem der Patentansprüche 7 bis 16
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Vorförderpumpe (2) und
Hochdruckpumpe (6) ein Volumenstromregelventil (14) ange
ordnet ist, über das der Füllgrad der Hochdruckpumpe (6)
steuerbar ist.
18. Pumpenanordnung nach einem der Patentansprüche 9 bis
17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pumpengehäuse (72)
dreiteilig mit einem Pumpenflansch (74), einem Zylinderge
häuse (76) und einem Pumpendeckel (78) ausgeführt ist, und
daß vorzugsweise im Bereich der Saugventile ein Entlüf
tungskanal (50) ausgebildet ist, der zu einem Tankanschluß
(T) führt.
19. Pumpenanordnung nach Patentanspruch 17 gekennzeichnet
durch einen Kühlkanal (140, 144), der in thermodynamischer
Wechselwirkung mit einem von der Exzenterwelle (54) ange
triebenen Lüfterrad (146) steht.
20. Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Patentan
sprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß entlang der
Auflagefläche der Kolben (38) auf den Exzenter (56, 86, 54)
Kerben ausgebildet sind, über die eine Kühlströmung vom Ex
zenterraum (62) hin zum Druckraum (70) erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19906626A DE19906626A1 (de) | 1998-10-06 | 1999-02-17 | Pumpenanordnung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19846020 | 1998-10-06 | ||
DE19906626A DE19906626A1 (de) | 1998-10-06 | 1999-02-17 | Pumpenanordnung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19906626A1 true DE19906626A1 (de) | 2000-04-13 |
Family
ID=7883582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19906626A Withdrawn DE19906626A1 (de) | 1998-10-06 | 1999-02-17 | Pumpenanordnung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19906626A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10208574A1 (de) * | 2001-12-01 | 2003-06-12 | Bosch Gmbh Robert | Radialkolbenpumpe |
WO2004027263A1 (de) * | 2002-09-17 | 2004-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Radialkolbenpumpeneinheit |
DE10330757A1 (de) * | 2003-07-07 | 2005-02-03 | Bernhard-Rudolf Frey | Exzentertriebwerk für volumetrisch wirkende Pumpen oder Motoren |
EP1760312A2 (de) * | 2003-02-11 | 2007-03-07 | Ganser-Hydromag Ag | Hochdruckpumpe |
WO2009053178A1 (de) * | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Hochdruckkraftstoffpumpe |
WO2009112308A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | Robert Bosch Gmbh | High-pressure pump for feeding fuel to an internal-combustion engine |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD158926A1 (de) * | 1981-05-06 | 1983-02-09 | Konrad Christ | Exzenterverstellung fuer hydrostatische radialkolbenmaschinen |
DE3709785C2 (de) * | 1987-03-25 | 1996-10-31 | Hofmann Walter Maschf | Verdrängerpumpe mit oszillierenden Verdrängern |
-
1999
- 1999-02-17 DE DE19906626A patent/DE19906626A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD158926A1 (de) * | 1981-05-06 | 1983-02-09 | Konrad Christ | Exzenterverstellung fuer hydrostatische radialkolbenmaschinen |
DE3709785C2 (de) * | 1987-03-25 | 1996-10-31 | Hofmann Walter Maschf | Verdrängerpumpe mit oszillierenden Verdrängern |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10208574A1 (de) * | 2001-12-01 | 2003-06-12 | Bosch Gmbh Robert | Radialkolbenpumpe |
WO2004027263A1 (de) * | 2002-09-17 | 2004-04-01 | Siemens Aktiengesellschaft | Radialkolbenpumpeneinheit |
EP1760312A2 (de) * | 2003-02-11 | 2007-03-07 | Ganser-Hydromag Ag | Hochdruckpumpe |
EP1760312A3 (de) * | 2003-02-11 | 2007-09-05 | Ganser-Hydromag Ag | Hochdruckpumpe |
DE10330757A1 (de) * | 2003-07-07 | 2005-02-03 | Bernhard-Rudolf Frey | Exzentertriebwerk für volumetrisch wirkende Pumpen oder Motoren |
US7441492B2 (en) | 2003-07-07 | 2008-10-28 | Bernhard Frey | Eccentric drive mechanism for volumetric pumps or motors |
CN1846058B (zh) * | 2003-07-07 | 2010-04-21 | 贝恩哈尔·弗雷 | 用于体积单向泵的偏心驱动机构 |
WO2009053178A1 (de) * | 2007-10-24 | 2009-04-30 | Robert Bosch Gmbh | Hochdruckkraftstoffpumpe |
WO2009112308A1 (en) * | 2008-03-13 | 2009-09-17 | Robert Bosch Gmbh | High-pressure pump for feeding fuel to an internal-combustion engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69919309T2 (de) | Kraftstoffeinspritzpumpe | |
DE4138447C2 (de) | Motorbremse für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine | |
DE10118884A1 (de) | Hochdruck-Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffsystem einer direkteinspritzenden Brennkraftmaschine, Kraftstoffsystem sowie Brennkraftmaschine | |
EP1379784B1 (de) | Einstempel-einspritzpumpe für ein common-rail-kraftstoffeinspritzsystem | |
DE19753155A1 (de) | Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine und darin verwendete Hochdruckpumpe | |
DE19531811A1 (de) | Kraftstoffeinspritzpumpe | |
DE19906626A1 (de) | Pumpenanordnung | |
EP0509077B1 (de) | Kolbenpumpe, insbesondere radialkolbenpumpe | |
DE2913909C2 (de) | ||
DE102012101585B4 (de) | Hochdruck-Kraftstoffpumpe | |
DE10350017A1 (de) | Axialkolbenpumpe mit Strömungsmittellageranordnung | |
DE19920997B4 (de) | Radialkolbenpumpe | |
DE102005007082A1 (de) | Innenzahnradpumpe und die Innenzahnradpumpe verwendende Kraftstoffpumpe | |
DE19959006C1 (de) | Radialkolbenpumpe | |
DE10045281C1 (de) | Hochdruckpumpe | |
DE602004006194T2 (de) | Hochdruckpumpe mit mehreren Radialkolben | |
DE10240310A1 (de) | Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine | |
DE10138362A1 (de) | Einstempel-Einspritzpumpe für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem | |
WO1992016738A1 (de) | Kraftstoffeinspritzpumpe | |
DE19546377C2 (de) | Verteiler-Kraftstoffeinspritzpumpe | |
WO2005015017A1 (de) | Hochdruckpumpe für eine kraftstoffeinspritzeinrichtung einer brennkraftmaschine | |
DE19534286A1 (de) | Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen | |
DE19920998B4 (de) | Radialkolbenpumpe | |
WO2010105861A1 (de) | Hochdruckpumpe | |
DE10210300B4 (de) | Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe und Hochdruckpumpe mit steuerbarer Fördermenge |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: HYDRAULIK-RING GMBH, 09212 LIMBACH-OBERFROHNA, DE |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: SIEMENS AG, 80333 MUENCHEN, DE |
|
8141 | Disposal/no request for examination |