DE10010945A1 - Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen

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Abstract

Es wird eine Kraftstoffeinspritzpumpe für Brennkraftmaschinen vorgeschlagen, die zusätzliche Mittel zum Fördern eines Fluids von einer zweiten Niederdruckseite (23) zu einer zweiten Hochdruckseite (25) aufweist. Mit diesem Fluid kann eine hydraulische Ventilsteuerung der Brennkraftmaschine angetrieben werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einer ersten Niederdruckseite, mit einer ersten Hochdruckseite und mit Mitteln zum Fördern von Kraftstoff von der Niederdruckseite zur Hochdruckseite.
Derartige Pumpen sind als Kraftstoffeinspritzpumpen für Brennkraftmaschinen in verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Sie sind auf ihrer Niederdruckseite mit dem Kraftstofftank verbunden und fördern mit ihrer Hochdruckseite beispielsweise in den Kraftstoffhochdruckspeicher eines Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystems oder in die Einspritzdüsen der Brennkraftmaschine. Es sind auch Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, bei denen zwischen der Einspritzpumpe und dem Injektor oder der Einspritzdüse ein Druckübersetzer angeordnet ist.
Im Zuge ständig steigender Anforderungen an die Abgasgrenzwerte und den Kraftstoffverbrauch von Brennkraftmaschinen besteht ein erfolgversprechender Ansatz zum Erreichen dieser teilweise gegenläufigen Anforderungen darin, die Ventile hydraulisch, bevorzugt elektrohydraulisch, zu steuern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe bereitzustellen, welche sowohl die Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Kraftstoff als auch einer hydraulischen Ventilsteuerung mit einer Hydraulikflüssigkeit, nachfolgend als Fluid bezeichnet, übernimmt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einer ersten Niederdruckseite, mit einer ersten Hochdruckseite und mit Mitteln zum Fördern von Kraftstoff von der ersten Niederdruckseite zur ersten Hochdruckseite, wobei eine zweite Niederdruckseite, eine zweite Hochdruckseite und Mittel zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niederdruckseite zur zweiten Hochdruckseite vorhanden sind.
Vorteile der Erfindung
Diese erfindungsgemäße Pumpe weist den Vorteil auf, dass auf eine zweite Pumpe zur Versorgung einer hydraulischen Ventilsteuerung verzichtet werden kann. Daraus ergeben sich erhebliche Kosteneinsparungen, der benötigte Bauraum wird verringert, die Abdichtung gegenüber der Umgebung wird vereinfacht, und schließlich wird der Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verbessert, da nur eine Pumpe angetrieben werden muss. Durch das Vorhandensein von Mitteln zum Fördern von Kraftstoff zu einer ersten Hochdruckseite und Mitteln zum Fördern eines Fluids zu einer zweiten Hochdruckseite ist es ebenfalls möglich, unterschiedliche Druckniveaus für die Versorgung des Kraftstoffeinspritzsystems und der hydraulischen Ventilsteuerung vorzusehen. Durch die Verwendung eines speziell auf die Anforderungen der hydraulischen Ventilsteuerung abgestimmten Fluids kann deren Betriebsverhalten weiter verbessert werden.
Varianten der Erfindung sehen vor, dass die Mittel zum Fördern von Kraftstoff von der ersten Niederdruckseite zur ersten Hochdruckseite und die Mittel zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niederdruckseite zur zweiten Hochdruckseite mindestens ein Pumpenelement aufweisen, so dass die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Pumpenelemente von Kraftstoffeinspritzpumpen auch für die erfindungsgemäße Pumpe nutzbar gemacht werden können.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Pumpe eine die Mittel zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel zum Fördern eines Fluids mindestens mittelbar betätigende Antriebswelle aufweist, so dass die Kopplung der Pumpe mit der Brennkraftmaschine auf einfache und zuverlässige Weise erfolgt.
Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind die Mittel zum Fördern von Kraftstoff und/oder die Mittel zum Fördern eines Fluids radial zur Längsachse der Antriebswelle angeordnet, so dass die Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten radialen Anordnung der Mittel zum Fördern von Kraftstoff auch bei der erfindungsgemäßen Pumpe zum Tragen kommen. Insbesondere kann, wenn die Antriebswelle eine Exzenterwelle ist, auf eine Umlenkung der Bewegung des oder der Exzenter der Antriebswelle verzichtet werden.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mittel zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel zum Fördern eines Fluids mindestens je zwei radial zur Längsachse der Antriebswelle und einander gegenüberliegend angeordnete Pumpenelemente aufweisen, so dass die Antriebswelle frei von Kräften ist, die quer zur Längsachse derselben angreifen. Dadurch wird die Belastung der Antriebswelle auf Biegung vermieden und die Lagerkräfte werden entsprechend reduziert.
In weiterer Ergänzung der Erfindung sind das oder die radial zur Längsachse der Antriebswelle und einander gegenüberliegend angeordneten Pumpenelemente der Mittel zum Fördern von Kraftstoff und der Mittel zum Fördern eines Fluids gleichmäßig über den Umfang der Antriebswelle verteilt angeordnet, so dass das von der Brennkraftmaschine auf die Antriebswelle der Pumpe zu übertragende Drehmoment vergleichmäßigt wird, und somit auch die Torsionsbelastung der Antriebswelle verringert wird.
In weiterer Ergänzung der Erfindung sind die Mittel zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel zum Fördern eines Fluids in Richtung der Längsachse der Antriebswelle zueinander beabstandet angeordnet, so dass eine größere Anzahl von Pumpenelementen vorgesehen werden kann, was insbesondere bei vielzylindrigen Brennkraftmaschinen von Bedeutung sein kann. Außerdem ergibt die räumliche Trennung der Mittel zum Fördern von Kraftstoff und der Mittel zum Fördern eines Fluids Vereinfachungen bei der hydraulischen Verbindung der ersten und zweiten Niederdruckseite mit der ersten und zweiten Hochdruckseite.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Pumpe eine Radialkolbenpumpe oder eine Reihenpumpe ist, so dass die aus dem Stand der Technik bekannten Vorteile dieser Pumpenbauarten auch bei der erfindungsgemäßen Pumpe zum Tragen kommen.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mengenregelung der Mittel zum Fördern von Kraftstoff und/oder der Mittel zum Fördern eines Fluids durch eine Saugdrossel auf der ersten Niederdruckseite oder der zweiten Niederdruckseite erfolgt, so dass die erfindungsgemäße Pumpe auch im Teillastbereich mit gutem Wirkungsgrad arbeitet.
Bei einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Mengenregelung der Mittel zum Fördern von Kraftstoff und/oder der Mittel zum Fördern eines Fluids durch ein Umlaufventil auf der ersten Hochdruckseite oder der zweiten Hochdruckseite erfolgt, so dass auf einfache Weise eine wirksame Mengenregelung realisierbar ist.
In weiterer Ergänzung der Erfindung fördern die Mittel zum Fördern eines Fluids Kraftstoff, so dass die Zahl der Betriebsstoffe reduziert wird und außerdem innere Leckagen zwischen den Mitteln zum Fördern von Kraftstoff und den Mitteln zum Fördern eines Fluids den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigen.
In weiterer Ergänzung ist vorgesehen, dass die erste Niederdruckseite und die zweite Niederdruckseite die gleiche Kraftstoffversorgung haben, so dass nur eine, der erfindungsgemäßen Pumpe vorgeschaltete Niederdruckpumpe erforderlich ist und der Bauaufwand reduziert wird.
Bei weiteren Ausgestaltungen der Erfindung steht die erste Hochdruckseite mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher oder einer Einspritzdüse hydraulisch in Verbindung und steht die zweite Hochdruckseite mit einer hydraulischen Ventilsteuerung, bevorzugt einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung, hydraulisch in Verbindung, so dass die erfindungsgemäße Pumpe in eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem und einer hydraulischen Ventilsteuerung integrierbar ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, der Figurenbeschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
Zeichnung
Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe mit radialer Anordnung der Pumpenelemente; und
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe in Reihenbauweise.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe 1 dargestellt. Die Pumpe 1 weist zwei Paare von Pumpenelementen 3 und 5 auf. Die Pumpenelemente 3 fördern aus einem Kraftstofftank 7 Kraftstoff über eine steuerbare Saugdrosssel 9 in ein nicht dargestelltes Kraftstoffversorgungssystem (KVS) der ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Pumpenelemente 3 und/oder 5 können aus dem Stand der Technik bekannte Pumpenelemente mit Pumpenkolben sein.
Eine erste Niederdruckseite 11 der Pumpenelemente 3 ist mit dem Kraftstofftank 7 hydraulisch verbunden. Eine erste Hochdruckseite 13 der Pumpenelemente 3 ist mit dem nicht dargestellten Kraftstoffversorgungssystem hydraulisch verbunden. Auf der ersten Hochdruckseite 13 liegt der Druck PKVS an. Zwischen der Pumpe 1 und dem nicht dargestellten Kraftstoffversorgungssystem ist ein erstes Rückschlagventil 15 angeordnet, welches den Rückstrom aus dem Kraftstoffversorgungssystem zur Pumpe 1 verhindert.
Betätigt werden die Pumpenelemente 3 über einen Doppelnocken 17 einer Antriebswelle 19 der Pumpe 1. In der dargestellten Position des Doppelnockens 17 sind die Pumpenelemente 3 am Beginn ihres Förderhubs. Sobald sich die Antriebswelle 19 dreht, bewegt der Doppelnocken 17 den Kolben 21 des Pumpenelements 3 nach außen und fördert somit Kraftstoff zur ersten Hochdruckseite 13. Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass ein Rückströmen des Kraftstoffs aus den Pumpenelementen 3 in den Kraftstofftank 7 vermieden wird. Dies kann durch ein nicht dargestelltes Rückschlagventil erfolgen oder durch die steuerbare Saugdrossel 9, welche geschlossen wird, wenn eine Kraftstoffförderung durch die Pumpenelemente 3 gewünscht wird. Die erforderliche Fördermenge und der Pumpenelemente hängt von der Drehzahl, dem geförderten Druckniveau im Kraftstoffversorgungssystem und dem Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine ab.
Um 90° versetzt zu den Pumpenelementen 3 finden sich Pumpenelemente 5, welche die nicht dargestellte hydraulische Ventilsteuerung, insbesondere elektrohydraulische Ventilsteuerung (EHVS), mit einem Fluid versorgt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fluid der elektrohydraulischen Ventilsteuerung ebenfalls Kraftstoff. Deshalb saugen die Pumpenelemente 5 auf ihrer zweiten Niederdruckseite 23 ebenfalls Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 7 und fördern ihn über ihre zweite Hochdruckseite zur nicht dargestellten elektrohydraulischen Ventilsteuerung mit dem Druck PEHVS. Um ein Rückströmen von Kraftstoff aus den Pumpenelementen 5 in den Kraftstofftank 7 zu vermeiden, ist ein zweites Rückschlagventil 27 vorgesehen.
Um die Versorgung der Pumpenelemente 3 und 5 mit Kraftstoff unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen, ist zwischen der Pumpe 1 und dem Kraftstofftank 7 eine Niederdruckpumpe 29 vorgesehen. Um ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der elektrohydraulischen Ventilsteuerung in die Pumpenelemente 5 zu verhindern, ist ein drittes Rückschlagventil 31 vorgesehen. Die Mengenregelung der Pumpenelemente 5 erfolgt über ein steuerbares Umlaufventil 33, welches je nach Schaltstellung die Pumpenelemente 5 mit der elektrohydraulischen Ventilsteuerung oder einem Kraftstoffrücklauf 35 verbindet.
Dadurch, dass die Pumpenelemente 3 und 5 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, wird die Antriebswelle 19 während einer Umdrehung relativ gleichmäßig belastet. Eine weitere Vergleichmäßigung der Belastung kann erfolgen, wenn anstelle von zwei Pumpenelementen 3 und zwei Pumpenelementen 5 beispielsweise je drei oder mehr Pumpenelemente gleichmäßig um die Antriebswelle 19 herum angeordnet werden. Durch die Parallelschaltung der Pumpenelemente 3 und die Parallelschaltung der Pumpenelemente 5 ist gewährleistet, dass keine oder nur unwesentliche Radialkräfte von den Pumpenelementen 3 und 5 auf die Antriebswelle 19 ausgeübt werden.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe 1 stark vereinfacht dargestellt. Die Antriebswelle 19 weist zwei exzentrische Abschnitte auf, die über je einen Exzenterring 37 und 39 in nicht dargestellter Weise auf die Pumpenelemente 3 und 5 einwirken. Die Exzenterringe 37 und 39 drehen sich nicht mit der Antriebswelle 19. Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen Antriebswelle 19 und dem nicht dargestellten Kolben der Pumpenelemente 3 und 5 verbessert. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind je drei Pumpenelemente 3 und 5 vorhanden. Die Pumpenelemente 3 und 5 sind jeweils radial zur Längsachse der Antriebswelle 19 angeordnet; allerdings sind sie in Richtung der Längsachse der Antriebswelle 19 zueinander beabstandet. Dadurch können mehr Pumpenelemente 3 oder 5 um die Antriebswelle 19 herum angeordnet werden. Außerdem kann durch die räumliche Trennung der Pumpenelemente 3 und 5 eine bessere Abdichtung und eine einfachere Führung des Kraftstoffs bzw. des Fluids in der Pumpe 1 erreicht werden. Schließlich können der Hub der Pumpenelemente 3 und der Pumpenelemente 5 unterschiedlich gewählt werden, indem die Exzentrizität der exzentrischen Abschnitte der Antriebswelle 19 verschieden gewählt wird. Dies kann von Vorteil sein, wenn die Fördermengen und/oder das Druckniveau des Kraftstoffversorgungssystems und der elektrohydraulischen Ventilsteuerung deutlich voneinander abweichen. Allerdings können auch bei gleichem Hub der Pumpenelemente 3 und 5 unterschiedliche Druckniveaus auf der ersten Hochdruckseite der Pumpenelemente 3 und der zweiten Hochdruckseite der Pumpenelemente 5 erzielt werden. Die Verbindung der Pumpenelemente 3 und 5 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank und dem Kraftstoffversorgungssystem bzw. der elektrohydraulischen Ventilsteuerung ist in Fig. 2 nicht dargestellt.
In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe 1 stark vereinfacht dargestellt. Ein Pumpenelement 3 und ein Pumpenelement 5 sind in Richtung der Längsachse der Antriebswelle 19 zueinander beabstandet angeordnet. Ihre erste Niederdruckseite 11 und ihre zweite Niederdruckseite 23 sind über Saugdrosseln 9 und eine Niederdruckpumpe 29 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank verbunden. Die erste Hochdruckseite 13 des Pumpenelements 3 fördert Kraftstoff in das nicht dargestellte Kraftstoffversorgungssystem. Die zweite Hochdruckseite 25 des Pumpenelements 5 fördert Kraftstoff in die elektrohydraulische Ventilsteuerung, die ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Antriebswelle 19 weist einen ersten Nocken 41 mit drei Erhebungen und einen zweiten Nocken 43 mit ebenfalls drei Erhebungen auf. Die Erhebungen des ersten Nockens 41 und des zweiten Nockens 43 sind um 60° zueinander verdreht, so dass sich eine Vergleichmäßigung des Antriebsmoments der Antriebswelle 19 ergibt. Dadurch, dass der erste Nocken 41 und der zweite Nocken 43 jeweils drei Erhebungen aufweisen, führen die Pumpenelemente 3 und 5 je drei Förderhübe mit jeder Umdrehung der Antriebswelle 19 aus. Selbstverständlich können weitere, nicht dargestellte, Pumpenelemente 3 und 5 in Reihe angeordnet werden und jeweils von einem ebenfalls nicht dargestellten Nocken der Antriebswelle 19 angetrieben werden. Dadurch werden die Vorteile einer Reihenbauweise auch für die erfindungsgemäße Pumpe nutzbar gemacht.
Es sind auch Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Pumpe als Axialkolben- oder Reihenpumpe möglich. Bei diesen Bauweisen wird eine Vergleichmäßigung des auf die Antriebswelle wirkenden Torsionsmoments durch einen der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine entsprechenden Versatz der Nocken der Antriebswelle in Drehrichtung erreicht.
Alle in der Zeichnung, der Beschreibung, den nachfolgenden Patentansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (16)

1. Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen mit einer ersten Niederdruckseite (11), mit einer ersten Hochdruckseite (13) und mit Mitteln (3) zum Fördern von Kraftstoff von der ersten Niederdruckseite (11) zur ersten Hochdruckseite (13), dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Niederdruckseite (23), eine zweite Hochdruckseite (25) und Mittel (5) zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niederdruckseite (23) zur zweiten Hochdruckseite (25) vorhanden sind.
2. Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Fördern von Kraftstoff von der ersten Niederdruckseite (11) zur ersten Hochdruckseite (13) mindestens ein Pumpenelement (3) aufweisen.
3. Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niederdruckseite (23) zur zweiten Hochdruckseite (25) mindestens ein Pumpenelement (5) aufweisen.
4. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine die Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids mindestens mittelbar betätigende Antriebswelle (19) aufweist.
5. Pumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und/oder die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids radial zur Längsachse der Antriebswelle (19) angeordnet sind.
6. Pumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids mindestens je zwei radial zur Längsachse der Antriebswelle (19) und einander gegenüberliegend angeordnete Pumpenelemente (3, 5) aufweisen.
7. Pumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die radial zur Längsachse der Antriebswelle (19) und einander gegenüberliegend angeordneten Pumpenelemente (3, 5) der Mittel zum Fördern von Kraftstoff und der Mittel zum Fördern eines Fluids gleichmäßig über den Umfang der Antriebswelle verteilt angeordnet sind.
8. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids in Richtung der Längsachse der Antriebswelle (19) zueinander beabstandet angeordnet sind.
9. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine Radialkolbenpumpe ist.
10. Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) eine Axialkolben- oder Reihenpumpe ist.
11. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregelung der Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und/oder der Mittel (5) zum Fördern eines Fluids durch eine Saugdrossel (9) auf der ersten Niederdruckseite (11) oder der zweiten Niederdruckseite (23) erfolgt.
12. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mengenregelung der Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und/oder der Mittel (5) zum Fördern eines Fluids durch ein Umlaufventil (33) auf der ersten Hochdruckseite (13) und/oder der zweiten Hochdruckseite (25) erfolgt.
13. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids Kraftstoff fördern.
14. Pumpe nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Niederdruckseite (11) und die zweite Niederdruckseite (23) die gleiche Kraftstoffversorgung (7) haben.
15. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hochdruckseite (13) mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher oder einer Einspritzdüse hydraulisch in Verbindung steht.
16. Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hochdruckseite (25) mit einer hydraulischen Ventilsteuerung, bevorzugt einer elektrohydraulischen Ventilsteuerung, hydraulisch in Verbindung steht.
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