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Stand der
Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Vorteile der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung,
der Figurenbeschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Zeichnung
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Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe;
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2:
eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pumpe
mit radialer Anordnung der Pumpenelemente; und
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3:
eine schematische Darstellung eines drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pumpe
in Reihenbauweise.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 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 Krafstoff 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.
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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
PκνS 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.
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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.
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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 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 PEHνS Um ein Rückströmen von
Kraftstoff aus den Pumpenelementen 5 in den Kraftstofftank 7 zu
vermeiden, ist ein zweites Rückschlagventil 27 vorgesehen.
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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.
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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.
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In 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 2 nicht dargestellt.
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In 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.
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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.
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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.