DE10010945B4 - Pumpe zur Versorgung eines Kraftstoffeinspritzsystems und einer hydraulischen Ventilsteuerung für Brennkraftmaschinen - Google Patents
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Abstract
Pumpe (1) 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 die eine Pumpe (1) eine zweite Niederdruckseite (23), eine zweite Hochdruckseite (25) und zweite Mittel (5) zum Fördern eines Fluids von der zweitem Niederdruckseite (23) zur zweiten Hochdruckseite (25) aufweist, und dass die eine Pumpe (1) eine die Mittel (3) zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel (5) zum Fördern eines Fluids mindestens mittelbar betätigende gemeinsame Antriebswelle (19)
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.
- In der
EP 0 478 099 A2 ist eine Einrichtung mit zwei separaten Pumpen beschrieben, die von einer gemeinsamen Welle angetrieben werden. Die eine Pumpe erzeugt einen Hydraulikdruck zur Betätigung eines Ventils, die andere Pumpe erzeugt einen Kraftstoffdruck zur Einspritzung durch einer. Injektor. - 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 die eine Pumpe eine zweite Niederdruckseite, eine zweite Hochdruckseite und zweite Mittel zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niederdruckseite zur zweiten Hochdruckseite aufweist,und wobei die eine Pumpe eine die Mittel zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel zum Fördern eines Fluids mindestens mittelbar betätigende gemeinsame Antriebswelle aufweist.
- 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 die beide Fördermittel betätigende Antriebswelle erfolgt die Kopplung der Pumpe mit der Brennkraftmaschine auf einfache und zuverlässige Weise. 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 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 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 selbe 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:
-
1 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe; -
2 : eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe mit radialer Anordnung der Pumpenelemente; und -
3 : eine schematische Darstellung eines drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe in Reihenbauweise. - Beschreibung der Ausführungsbeispiele
- In
1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe1 dargestellt. Die Pumpe1 weist zwei Paare von Pumpenelementen3 und5 auf. Die Pumpenelemente3 fördern aus einem Kraftstofftank7 Krafstoff über eine steuerbare Saugdrosssel9 in ein nicht dargestelltes Kraftstoffversorgungssystem (KVS) der ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine. Die Pumpenelemente3 und/oder 5 können aus dem Stand der Technik bekannte Pumpenelemente mit Pumpenkolben sein. - Eine erste Niederdruckseite
11 der Pumpenelemente3 ist mit dem Kraftstofftank7 hydraulisch verbunden. Eine erste Hochdruckseite13 der Pumpenelemente3 ist mit dem nicht dargestellten Kraftstoffversorgungssystem hydraulisch verbunden. Auf der ersten Hochdruckseite13 liegt der Druck PκνS an. Zwischen der Pumpe1 und dem nicht dargestellten Kraftstoffversorgungssystem ist ein erstes Rückschlagventil15 angeordnet, welches den Rückstrom aus dem Kraftstoffversorgungssystem zur Pumpe1 verhindert. - Betätigt werden die Pumpenelemente
3 über einen Doppelnocken17 einer Antriebswelle19 der Pumpe1 . In der dargestellten Position des Doppelnockens17 sind die Pumpenelemente3 am Beginn ihres Förderhubs. Sobald sich die Antriebswelle19 dreht, bewegt der Doppelnocken17 den Kolben21 des Pumpenelements3 nach außen und fördert somit Kraftstoff zur ersten Hochdruckseite13 . Voraussetzung hierfür ist jedoch, dass ein Rückströmen des Kraftstoffs aus den Pumpenelementen3 in den Kraftstofftank7 vermieden wird. Dies kann durch ein nicht dargestelltes Rückschlagventil erfolgen oder durch die steuerbare Saugdrossel9 , welche geschlossen wird, wenn eine Kraftstoffförderung durch die Pumpenelemente3 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 Pumpenelemente5 , welche die nicht dargestellte hydraulische Ventilsteuerung, insbesondere elektrohydraulische Ventilsteuerung (EHVS), mit einem Fluid versorgt. Bei dem in1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fluid der elektrohydraulischen Ventilsteuerung ebenfalls Kraftstoff. Deshalb saugen die Pumpenelemente5 auf ihrer zweiten Niederdruckseite23 ebenfalls Kraftstoff aus dem Kraftstofftank7 und fördern ihn über ihre zweite Hochdruckseite zur nicht dargestellten elektrohydraulischen Ventilsteuerung mit dem Druck PEHνS Um ein Rückströmen von Kraftstoff aus den Pumpenelementen5 in den Kraftstofftank7 zu vermeiden, ist ein zweites Rückschlagventil27 vorgesehen. - Um die Versorgung der Pumpenelemente
3 und5 mit Kraftstoff unter allen Betriebsbedingungen sicherzustellen, ist zwischen der Pumpe1 und dem Kraftstofftank7 eine Niederdruckpumpe29 vorgesehen. Um ein Rückströmen des Kraftstoffs aus der elektrohydraulischen Ventilsteuerung in die Pumpenelemente5 zu verhindern, ist ein drittes Rückschlagventil31 vorgesehen. Die Mengenregelung der Pumpenelemente5 erfolgt über ein steuerbares Umlaufventil33 , welches je nach Schaltstellung die Pumpenelemente5 mit der elektrohydraulischen Ventilsteuerung oder einem Kraftstoffrücklauf35 verbindet. - Dadurch, dass die Pumpenelemente
3 und5 in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet sind, wird die Antriebswelle19 während einer Umdrehung relativ gleichmäßig belastet. Eine weitere Vergleichmäßigung der Belastung kann erfolgen, wenn anstelle von zwei Pumpenelementen3 und zwei Pumpenelementen5 beispielsweise je drei oder mehr Pumpenelemente gleichmäßig um die Antriebswelle 19 herum angeordnet werden. Durch die Parallelschaltung der Pumpenelemente3 und die Parallelschaltung der Pumpenelemente5 ist gewährleistet, dass keine oder nur unwesentliche Radialkräfte von den Pumpenelementen3 und5 auf die Antriebswelle19 ausgeübt werden. - In
2 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe1 stark vereinfacht dargestellt. Die Antriebswelle19 weist zwei exzentrische Abschnitte auf, die über je einen Exzenterring37 und39 in nicht dargestellter Weise auf die Pumpenelemente3 und5 einwirken. Die Exzenterringe37 und39 drehen sich nicht mit der Antriebswelle19 . Dadurch wird die Kraftübertragung zwischen Antriebswelle19 und dem nicht dargestellten Kolben der Pumpenelemente3 und5 verbessert. Im zweiten Ausführungsbeispiel sind je drei Pumpenelemente3 und5 vorhanden. Die Pumpenelemente3 und5 sind jeweils radial zur Längsachse der Antriebswelle19 angeordnet; allerdings sind sie in Richtung der Längsachse der Antriebswelle19 zueinander beabstandet. Dadurch können mehr Pumpenelemente3 oder5 um die Antriebswelle 19 herum angeordnet werden. Außerdem kann durch die räumliche Trennung der Pumpenelemente3 und5 eine bessere Abdichtung und eine einfachere Führung des Kraftstoffs bzw. des Fluids in der Pumpe1 erreicht werden. Schließlich können der Hub der Pumpenelemente3 und der Pumpenelemente5 unterschiedlich gewählt werden, indem die Exzentrizität der exzentrischen Abschnitte der Antriebswelle19 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 Pumpenelemente3 und5 unterschiedliche Druckniveaus auf der ersten Hochdruckseite der Pumpenelemente3 und der zweiten Hochdruckseite der Pumpenelemente5 erzielt werden. Die Verbindung der Pumpenelemente3 und5 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank und dem Kraftstoffversorgungssystem bzw. der elektrohydraulischen Ventilsteuerung ist in2 nicht dargestellt. - In
3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe1 stark vereinfacht dargestellt. Ein Pumpenelement3 und ein Pumpenelement5 sind in Richtung der Längsachse der Antriebswelle19 zueinander beabstandet angeordnet. Ihre erste Niederdruckseite11 und ihre zweite Niederdruckseite23 sind über Saugdrosseln9 und eine Niederdruckpumpe29 mit einem nicht dargestellten Kraftstofftank verbunden. Die erste Hochdruckseite13 des Pumpenelements3 fördert Kraftstoff in das nicht dargestellte Kraftstoffversorgungssystem. Die zweite Hochdruckseite25 des Pumpenelements5 fördert Kraftstoff in die elektrohydraulische Ventilsteuerung, die ebenfalls nicht dargestellt ist. Die Antriebswelle19 weist einen ersten Nocken41 mit drei Erhebungen und einen zweiten Nocken43 mit ebenfalls drei Erhebungen auf. Die Erhebungen des ersten Nockens41 und des zweiten Nockens43 sind um 60° zueinander verdreht, so dass sich eine Vergleichmäßigung des Antriebsmoments der Antriebswelle19 ergibt. Dadurch, dass der erste Nocken41 und der zweite Nocken43 jeweils drei Erhebungen aufweisen, führen die Pumpenelemente3 und5 je drei Förderhübe mit jeder Umdrehung der Antriebswelle19 aus. Selbstverständlich können weitere, nicht dargestellte, Pumpenelemente3 und5 in Reihe angeordnet werden und jeweils von einem ebenfalls nicht dargestellten Nocken der Antriebswelle19 angetrieben werden. Dadurch werden die Vorteile einer Reihenbauweise auch für die erfindungsgemäße Pumpe nutzbar gemacht. - Es sind auch Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Pumpe als 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 (14)
- Pumpe (
1 ) 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 die eine Pumpe (1 ) eine zweite Niederdruckseite (23 ), eine zweite Hochdruckseite (25 ) und zweite Mittel (5 ) zum Fördern eines Fluids von der zweitem Niederdruckseite (23 ) zur zweiten Hochdruckseite (25 ) aufweist, und dass die eine Pumpe (1 ) eine die Mittel (3 ) zum Fördern von Kraftstoff und die Mittel (5 ) zum Fördern eines Fluids mindestens mittelbar betätigende gemeinsame Antriebswelle (19 ) - 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. - Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Fördern eines Fluids von der zweiten Niderdruckseite (
23 ) zur zweiten Hochdruckseite (25 ) mindestens ein Pumpenelement (5 ) aufweisen. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (
3 ) zum Fördern von Kraftstoff und/oder die Mittel (5 ) zum Fördern eines Fluids radial zur Längsachse der Antriebswelle (1S ) angeordnet sind. - Pumpe nach Anspruch
4 , 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. - Pumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass 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. - 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. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (
1 ) eine Radialkolbenpumpe ist. - Pumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (
1 ) eine Axialkolben- oder Reihenpumpe ist. - 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 oder durch ein Umlaufventil (33 ) auf der ersten Hochdruckseite (13 ) ggf. und/oder der zweiten Hochdruckseite (25 ) erfolgt. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (
5 ) zum Fördern eines Fluids Kraftstoff fördern. - Pumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Niederdruckseite (
11 ) und die zweite Niederdruckseite (23 ) die selbe Kraftstoffversorgung (7 ) haben. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hochdruckseite (
13 ) mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher oder einer Einspritzdüse hydraulisch in Verbindung steht. - Pumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Hochdruckseite (
25 ) mit einer hydraulischen Ventilsteuerung, bevorzugt einer elektro-hydraulischen Ventilsteuerung, hydraulisch in Verbindung steht.
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