DE10118479A1 - Delivery unit for alternative fuels - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Förderaggregat zur Förderung und Dosierung alternativer Kraftstoffe wie zum Beispiel Methanol, Ethanol, welches in Ein- oder Mehrzylinderbauweise (14) ausgeführt ist und alternativen Kraftstoff über ein Vorförderaggregat (52) aus einem Kraftstoffreservoir (50) fördert und einem Teil (57) eines Reformierungssystems (57) auf erhöhtem Druckniveau zuführt. Das Förderaggregat (1) ist mittels eines regelbaren Fremdantriebes (53) angetrieben und umfaßt Dichtelemente (11, 18, 20) aus beständigem Material. Die mit dem alternativen Kraftstoff in Kontakt tretenden Flächen (28, 29, 34, 35, 36, 37 und 38) sowie Anbauteile (3, 15) sind mit einer Beschichtung versehen oder aus einem korrosionsbeständigen Material gefertigt.The invention relates to a delivery unit for delivering and metering alternative fuels such as, for example, methanol, ethanol, which is designed in a single or multi-cylinder construction (14) and delivers alternative fuel via a pre-delivery unit (52) from a fuel reservoir (50) and in part (57) of a reforming system (57) at an increased pressure level. The conveying unit (1) is driven by a controllable external drive (53) and comprises sealing elements (11, 18, 20) made of resistant material. The surfaces (28, 29, 34, 35, 36, 37 and 38) that come into contact with the alternative fuel as well as add-on parts (3, 15) are provided with a coating or made of a corrosion-resistant material.
Description
Brennstoffzellen stellen als schadstoffarme Energiewandler mit hohen Wirkungsgrad unter dem Gesichtspunkt der Umwelt- und Ressourcenschonung eine Alternative zu den klassi schen Verfahren der Stromerzeugung dar. Im mobilen Bereich steht, angetrieben durch die zunehmend strengeren Abgasvorschriften in den USA und Europa die Entwicklung von Brennstoffzellen-Antrieben im Vordergrund. Es gibt Überlegungen, Brennstoffzellen auch zur Stromerzeugung im Kraftfahrzeug mit konventionellem Antrieb einzusetzen; eine vom Antriebsmotor unabhängige Bordnetzversorgung würde es erlauben, wünschenswerte Zeit- oder fernsteuerbare Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel die Motor/- Katalysatorvorwärmung oder eine Standklimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs zu realisieren.Fuel cells are a low-pollution energy converter with high efficiency from the point of view of environmental and resource conservation an alternative to the classi The method of power generation represents. In the mobile area is driven by the increasingly stringent emissions regulations in the US and Europe developing Fuel cell drives in the foreground. There are considerations, fuel cells too use for power generation in motor vehicles with conventional drive; one from Drive motor independent on-board power supply would allow desirable time or remote-controlled additional functions, such as the motor / - Catalytic converter preheating or stationary air conditioning of the interior of the vehicle realize.
Als Brennstoffe in Brennstoffzellen kommen hauptsächlich Wasserstoff (H2) und Methanol (CH3OH) und bedingt auch Methan (CH4) in Betracht. Da gewöhnliche Kraftstoffe nicht unmittelbar eingesetzt werden können, müssen sie durch eine chemische Reformierungsre aktion in H2 umgewandelt werden.The main fuels used in fuel cells are hydrogen (H 2 ) and methanol (CH 3 OH) and, to a certain extent, methane (CH 4 ). Since ordinary fuels cannot be used directly, they have to be converted into H 2 by a chemical reforming reaction.
Bei heutzutage eingesetzten Hochdruckpumpen - zum Beispiel 3-Zylinder- oder 1- Zylinder-Hochdruckpumpen - die bei Benzindirekteinspritzsystemen zum Einsatz kom men, werden herkömmliche Ottokraftstoffe wie zum Beispiel Normalbenzin, Superbenzin oder Super Plus oder Dieselkraftstoffe verdichtet und in die Verteilerkomponenten an Ver brennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen gefördert. Die heute eingesetzten Hoch druckpumpen stellen zwar eine Möglichkeit dar, alternative Kraftstoffe wie zum Beispiel Methanol oder Ethanol auf ein Druckniveau < 8 bar zu verdichten, jedoch quellen die an diesen herkömmlichen Hochdruckpumpen eingesetzten Dichtelemente (O-Ringe) bei Kontakt mit alternativen Kraftstoffen. Ferner neigen das in komplexer Geometrie ausgebil dete als Aluminiumdruckgußteil gefertigte Aluminiumgehäuse der Hochdruckpumpe sowie die an dieser eingesetzten Messingteile bei Kontakt mit alternativen Kraftstoffen verstärkt zur Korrosion.In high pressure pumps used today - for example 3-cylinder or 1- Cylinder high-pressure pumps - which are used in gasoline direct injection systems conventional petrol such as regular gasoline, super gasoline or Super Plus or diesel fuels compressed and into the distributor components at Ver Internal combustion engines of motor vehicles promoted. The high used today pressure pumps are a possibility, alternative fuels such as Compress methanol or ethanol to a pressure level <8 bar, but they swell these conventional high pressure pumps sealing elements (O-rings) Contact with alternative fuels. Furthermore, they tend to be trained in complex geometry dete manufactured as aluminum die-cast aluminum housing of the high pressure pump as well the brass parts used on this reinforced upon contact with alternative fuels for corrosion.
Werden Brennstoffzellenantriebe mit einem Reformierungssystem eingesetzt, d. h. wird der Kraftstoff in Wasserstoff umgewandelt, ist eine genaue Dosierung des Kraftstoffs erforder lich. Bei der Dosierung des Kraftstoffes treten Druckpulsationen in stochastischer Vertei lung auf, so daß das Druckniveau schwer vorhersehbaren Schwankungen unterliegt. Zudem wächst der Gegendruck mit zunehmender Dosiermenge pro Zeiteinheit an. Eine genaue Dosierung des Kraftstoffes läßt sich zwar durch hochgenaue Laborpumpen erzielen, jedoch sind diese überproportional teuer und daher kaum tauglich für den Serieneinsatz. Ferner erzeugen die Laborpumpen unzulässig hohe Druckpulsationen.Are fuel cell drives used with a reforming system, i. H. will the When fuel is converted to hydrogen, precise metering of the fuel is required Lich. When the fuel is dosed, pressure pulsations occur in a stochastic distribution on, so that the pressure level is subject to fluctuations that are difficult to predict. moreover the back pressure increases with increasing dosage per unit of time. An exact Dosing of the fuel can be achieved by high-precision laboratory pumps, however they are disproportionately expensive and therefore hardly suitable for series production. Further the laboratory pumps generate impermissibly high pressure pulsations.
Die Förderaggregate, die bei heute eingesetzten Benzin- oder Dieselkraftstoffversorgungs systemen eingesetzt werden, sind daher aufgrund der sich von klassischen Kraftstoffen signifikant unterscheidenden Eigenschaften alternativer Kraftstoffe für den Einsatz an Brennstoffzellenantrieben nur bedingt geeignet.The conveying units used in the petrol or diesel fuel supply used today systems are therefore used due to the differentiation from classic fuels significantly differentiating properties of alternative fuels for use Fuel cell drives are only suitable to a limited extent.
Die mit der erfindungsgemäßen Lösung erzielbaren Vorteile liegen darin, daß eine be währte und in hohen Stückzahlen gefertigte, erprobte Hochdruckpumpe aus konventionel len Einspritzsystemen für Benzin oder Dieselkraftstoff mit nur geringen Modifikationen als Hochdruckpumpe zur Förderung und Dosierung alternativer Kraftstoffe und deren Gemi sche eingesetzt werden kann. Eine aufwendige Neukonstruktion einer solchen Hochdruck pumpe für alternative Kraftstoffe, die bei Brennstoffzellenantrieben eingesetzt werden, kann vermieden werden, wenn zum einen in diese modifizierte Hochdruckpumpe beständi ge Dichtelemente wie O-Ringe und Axialdichtungen mit/aus EPDM an der Hochdruck pumpe eingesetzt werden.The advantages achievable with the solution according to the invention are that a be tried and tested, high-volume, high-pressure pump made from conventional len injection systems for gasoline or diesel fuel with only minor modifications as High pressure pump for the delivery and metering of alternative fuels and their mixture cal can be used. A complex redesign of such a high pressure pump for alternative fuels used in fuel cell drives can be avoided if, on the one hand, this modified high-pressure pump persists sealing elements such as O-rings and axial seals with / made of EPDM on the high pressure pump can be used.
Die Pumpengehäuse einteilig konfigurierter Pumpen oder Pumpengehäuse und Gehäu seflansch zweiteiliger Pumpen können beschichtet werden, so daß das Auftreten von Kor rosion bei Kontakt der bevorzugt als Aluminium-Druckgußteile beschaffenen Bauteile mit dem alternativen Kraftstoff unterbleibt. Innen- und Außenfläche von Pumpengehäuse und gegebenenfalls vorhandener Gehäuseflansch können zum Beispiel chemisch oder galva nisch vernickelt werden. Eine chemisch erfolgende Vernickelung hat zudem den Vorteil einer gleichmäßigen Schichtdickenverteilung am Werkstück. Die Schichtdicken können durch eine Bearbeitung der Werkstücke an ihren Paßflächen mit entsprechenden Bearbei tungsschritten im Fertigungsprozeß oder durch eine zuvor erfolgende Vermessung der Werkstücke festgelegt werden.The pump housing of one-piece configured pumps or pump housing and housing seflansch two-part pumps can be coated so that the appearance of Cor rosion when the components, which are preferably made as aluminum die-cast parts, come into contact with the alternative fuel is omitted. Inner and outer surface of pump housing and any existing housing flange can, for example, chemically or galva are not nickel-plated. A chemical nickel plating also has the advantage a uniform layer thickness distribution on the workpiece. The layer thicknesses can by machining the workpieces on their mating surfaces with appropriate machining processing steps in the manufacturing process or by measuring the Workpieces can be determined.
Anstelle von bisher eingesetzten Anschlußstutzen aus Messing können diese entweder mit einer Beschichtung versehen werden, die beständig gegen die eingesetzten alternativen Kraftstoffe (z. B. Methanol oder Ethanol) ist oder diese Teile können aus nicht rostendem Stahl gefertigt werden. Die Anschlußstutzen können im Unterschied zu Baugruppen wie Pumpengehäuse oder Gehäuseflansch auch in einer höheren Beschichtungsdicke von bis zu 100 µm beschichtet werden.Instead of the previously used brass connecting pieces, they can either be used with be provided with a coating that is resistant to the alternatives used Fuels (e.g. methanol or ethanol) or these parts can be made of stainless steel Steel. In contrast to modules such as Pump housing or housing flange also in a higher coating thickness of up to 100 µm can be coated.
Bei bisher zur Förderung klassischer Kraftstoffe eingesetzten Hochdruckpumpen können die dort eingesetzten Axialdichtungen aus medienbeständigen Werkstoffen ohne Änderung der Geometrie eingesetzt werden, so daß Standardwerkzeuge bei der Montage der für alter native Kraftstoffe modifizierten Hochdruckpumpe weiterhin eingesetzt werden können und keine Anpassung der Fertigungsstraße erforderlich ist.In the high pressure pumps previously used to pump classic fuels the axial seals made of media-resistant materials used there without change the geometry can be used so that standard tools when mounting the for older native fuels modified high pressure pump can continue to be used and no adjustment of the production line is required.
Die Dosierbarkeit der alternativen Kraftstoffe kann dadurch verbessert werden, daß die modifizierte Hochdruckpumpe, sei sie in 1-Zylinder- oder in Mehrzylinderausführung ge fertigt, zum Beispiel als 3-Zylinderausführung, mit einem regelbaren elektrischen Antrieb ausgestattet wird. Da an der Hochdruckpumpe das Volumen pro Kolben bekannt ist, kann abhängig von der Drehzahl der Hochdruckpumpe die Dosiermenge genau eingestellt und reproduzierbar gehalten werden.The meterability of the alternative fuels can be improved in that the modified high pressure pump, be it in 1-cylinder or in multi-cylinder version manufactures, for example as a 3-cylinder version, with an adjustable electric drive is equipped. Since the volume per piston on the high-pressure pump is known, depending on the speed of the high pressure pump, the dosing quantity is set precisely and be kept reproducible.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.The invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Explosionszeichnung einer zweiteilig ausgebildeten Hochdruckpumpe mit Pumpengehäuse und Gehäuseflansch, Fig. 1 is an exploded view of a two-part high-pressure pump with the pump housing and the housing flange,
Fig. 2 das Pumpengehäuse in perspektivischer Wiedergabe im montierten Zustand, Fig. 2, the pump housing in a perspective playback in the assembled state,
Fig. 3 den Gehäuseflansch in Draufsicht und Querschnitt, Fig. 3 shows the housing flange in top view and cross-section,
Fig. 4 das Pumpengehäuse in Draufsicht und Querschnitt, Fig. 4, the pump housing in plan view and cross-section,
Fig. 5 den Aufbau eines Dosiersystems mit elektrisch angetriebener Hochdruckpumpe und Fig. 5 shows the structure of a metering system with an electrically driven high-pressure pump and
Fig. 6 die Prinzipskizze des Antriebs einer modifizierten Hochdruckpumpe zur Förde rung und Dosierung alternativer Kraftstoffe. Fig. 6 shows the schematic diagram of the drive of a modified high pressure pump for the promotion and metering of alternative fuels.
Fig. 1 zeigt die Explosionszeichnung einer zweiteilig ausgebildeten Hochdruckpumpe mit Pumpengehäuse und Gehäuseflansch. Fig. 1 shows the exploded view of a two-part high pressure pump with pump housing and housing flange.
Die in Fig. 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 in zweiteiliger Ausführung umfaßt ein Pumpengehäuse 12 sowie einen mit diesem verbindbaren Gehäuseflansch 2. Das Pumpen gehäuse 12 sowie der Gehäuseflansch 2 werden bevorzugt in Großserienfertigung als Alu minium-Druckgrußbauteile hergestellt. Am Gehäuseflansch 2 ist seitlich ein Stutzen 3 auf genommen, ferner sind am Gehäuseflansch am Umfang um 120° zueinander versetzt Flanschbohrungen 8 aufgenommen. Diese Flanschbohrungen 8 können ein Innengewinde enthalten. Der Gehäuseflansch 2 ist ferner von einer zentralen Bohrung durchzogen, in der ein ein Wälzlager 4 sichernder Sicherungsring 5 aufgenommen wird. Ferner ist in der den Gehäuseflansch 2 durchsetzenden Zentralbohrung eine Axialdichtung 11 eines Hubrings 10 aufgenommen. Zwischen der Axialdichtung 11 und deren Anlagefläche am Pumpengehäu se 12 kann ein O-Ring 41 zur besseren Abdichtung eingelassen sein.The high pressure pump shown in Fig. 1 1 in two piece embodiment includes a pump housing 12 and a housing flange can be connected to this second The pump housing 12 and the housing flange 2 are preferably mass-produced as aluminum die-cast components. On the housing flange 2 , a nozzle 3 is laterally received, furthermore flange bores 8 are added to the housing flange on the circumference offset by 120 °. These flange bores 8 can contain an internal thread. The housing flange 2 is also traversed by a central bore in which a circlip 5 securing a roller bearing 4 is received. Furthermore, an axial seal 11 of a cam ring 10 is received in the central bore passing through the housing flange 2 . An O-ring 41 can be inserted between the axial seal 11 and its contact surface on the pump housing 12 for better sealing.
Im montierten Zustand von Pumpengehäuse 12 und Gehäuseflansch 2 werden diese von einer Exzenterwelle 9 durchsetzt, an welcher auf der dem Gehäuseflansch 2 zugewandten Seite eine Kupplungsscheibe 6 mittels eines Sicherungsstiftes 7 aufgenommen ist. Die Ex zenterwelle 9 ist am der Kupplungsscheibe 6 gegenüberliegenden Ende mittels eines oder zweier Gleitlager 33 im Pumpengehäuse 12 drehbar gelagert. Am Umfang der Exzenter welle 9 sind Nockenflächen ausgebildet, über welche die Förderkolben in ihren entspre chenden Bohrungen 12 im Pumpengehäuse betätigt werden.In the assembled state of the pump housing 12 and the housing flange 2 , these are penetrated by an eccentric shaft 9 , on which on the side facing the housing flange 2 a clutch disc 6 is received by means of a locking pin 7 . The Ex zenterwelle 9 is rotatably mounted on the clutch disc 6 opposite end by means of one or two plain bearings 33 in the pump housing 12 . On the circumference of the eccentric shaft 9 cam surfaces are formed, via which the delivery pistons are actuated in their corre sponding bores 12 in the pump housing.
Am Pumpengehäuse 12 ist ähnlich wie am hier dargestellten Gehäuseflansch 2 einer zwei teilig ausgeführten Hochdruckpumpe 1 ein Stutzenelement 15 angebracht. Das Pumpenge häuse 12 ist in der in Fig. 1 wiedergegebenen Anordnung als 3-Zylinder-Anordnung ausgestaltet, d. h. am Pumpengehäuse 12 sind drei Förderzylinder für das zu fördernde Medi um, im vorliegenden Falle alternative Kraftstoffe, vorgesehen. Unterhalb jeder der Siche rungsschrauben 17 befindet sich gemäß der in Fig. 1 wiedergegebenen Explosionszeich nung ein Zylinder 19 sowie eine diesen umgebende Druckfeder 22. Am den Nockenflächen der Exzenterwelle 9 zugewandten Ende des Zylinders 19 ist eine Gleitschuhanordnung 21 aufgenommen, welche durch die Druckfeder 22 am Zylinder 19 in Kontakt mit den Noc kenflächen der Exzenterwelle 9 gehalten wird. Während der Rotation der Exzenterwelle 9, die bevorzugt mittels eines Fremdantriebes 53 in Gestalt eines Elektromotors (vgl. Dar stellung in Fig. 5 und 6) erzeugt wird, wird den einzelnen Kolben innerhalb der entspre chenden Förderräume im Pumpengehäuse 12 eine vertikale Auf- und Abbewegung aufge prägt, den Förderhub.A nozzle element 15 is attached to the pump housing 12 in a manner similar to the housing flange 2 shown here of a two-part high-pressure pump 1 . The pump housing 12 is configured in the arrangement shown in FIG. 1 as a 3-cylinder arrangement, ie three pump cylinders for the medium to be conveyed are provided on the pump housing 12 , in the present case alternative fuels are provided. Below each of the hedging screws 17 there is a cylinder 19 and a surrounding compression spring 22 according to the explosion drawing shown in FIG. 1. At the cam surfaces of the eccentric shaft 9 facing end of the cylinder 19 , a sliding shoe assembly 21 is received, which is held by the compression spring 22 on the cylinder 19 in contact with the cam surfaces of the eccentric shaft 9 . During the rotation of the eccentric shaft 9 , which is preferably generated by means of an external drive 53 in the form of an electric motor (cf. Dar position in FIGS. 5 and 6), the individual pistons within the corresponding delivery spaces in the pump housing 12 a vertical up and down movement embossed, the conveying stroke.
Die erfindungsgemäß modifizierte Hochdruckpumpe 1 umfaßt gegen alternative Kraftstof fe wie zum Beispiel Methanol oder Ethanol beständige Dichtelemente. Die Dichtelemente 11 (Axialsicherung) sowie die inneren bzw. äußeren O-Ringe 18 und 20 werden aus be ständigem Material, welche ein Aufquellen bei Kontakt mit den alternativen Kraftstoffen verhindert, gefertigt. Ein solches Material ist, um ein Beispiel zu nennen, EPDM. Neben der Verwendung von Materialien für Dichtelemente 11, 1 Bbzw. 20, die kein Aufquellver halten bei Kontakt mit alternativen Kraftstoffen aufweisen, können Bauteile wie beispiels weise der Stutzen 3 und der Anschlußstutzen 15 anstelle der Verwendung von Messing aus nichtrostenden korrosionsbeständigen Materialien gefertigt werden, zum Beispiel nichtro stendem Stahl.The high pressure pump 1 modified according to the invention comprises sealing elements which are resistant to alternative fuels such as, for example, methanol or ethanol. The sealing elements 11 (axial locking) and the inner and outer O-rings 18 and 20 are made of permanent material, which prevents swelling when in contact with the alternative fuels. One such material is, for example, EPDM. In addition to the use of materials for sealing elements 11 , 1 or 20, which do not hold Aufquellver in contact with alternative fuels, components such as the connector 3 and the connector 15 can be made of stainless corrosion-resistant materials instead of the use of brass, for example stainless steel.
Die Gehäuseoberfläche 23 des Pumpengehäuses 12 sowie die Gehäuseoberfläche des Ge häuseflansches 2 können nach der erfindungsgemäßen Lösung mit einer beständigen Be schichtung auf dem Wege des Eloxierens oder der chemischen Vernickelung gegen Korro sion geschützt werden. Neben der Beschichtung durch Eloxieren oder durch chemisches Vernickeln der dem alternativen Kraftstoff zuweisenden, mit diesem in Kontakt tretenden Flächen von Gehäuseflansch 2 und Pumpengehäuse 12 sind auch die jeweiligen Gehäuseo berflächen 23 mit einer Beschichtung durch Eloxieren bzw. chemisches Vernickeln der Bauteiloberfläche gegen frühzeitiges Altern, Versprödung und Korrosion bei Kontakt mit den zu fördernden und zu dosierenden alternativen Kraftstoffen geschützt.The housing surface 23 of the pump housing 12 and the housing surface of the Ge häuseflansches 2 can be protected according to the solution of the invention with a permanent coating by anodizing or chemical nickel plating against corrosion. In addition to the coating by anodizing or by chemical nickel plating of the surfaces of the housing flange 2 and pump housing 12 that come into contact with the alternative fuel, the respective housing surfaces 23 are also coated with an anodizing or chemical nickel plating of the component surface against premature aging, embrittlement and corrosion against contact with the alternative fuels to be pumped and metered.
Fig. 2 zeigt das Pumpengehäuse in perspektivischer Wiedergabe im montierten Zustand. Fig. 2 shows the pump housing in a perspective representation in the assembled state.
Gemäß der Darstellung in Fig. 2 sind in den Gehäusebohrungen 13 am Pumpengehäuse 12 Hohlschrauben 16 eingelassen, die mit Innengewindeabschnitten der Flanschbohrungen 8 am Gehäuseflansch 2 verschraubt sind. Über die Hohlschrauben 16 sind bei zweiteiligen Ausführungen der Hochdruckpumpe 1 Gehäuseflansch 2 und Pumpengehäuse 12 mitein ander verschraubt, so daß die in diesen aufgenommene Exzenterwelle 9 vollständig nach außen abgedichtet ist. Neben der Beschichtung der Gehäuseoberfläche 23 vom Pumpenge häuse 12 bzw. Gehäuseflansch 2 können die Anbauteile wie zum Beispiel der Stutzen 3 oder im Fall des Pumpengehäuses 12 der Anschlußstutzen 15 mit einer Innenbeschichtung aus beständigem Material versehen werden. Dazu wird die Innenfläche von Anschlußstut zen 15 eloxiert bzw. chemisch vernickelt. Im Gegensatz zur bevorzugten Schichtdicke an der Gehäuseoberfläche 23 des Pumpengehäuses 12 kann die Schichtdicke der Innenbe schichtung 24 an den Anschlußstutzen 15 bis zu 100 µm dick ausgebildet werden. Werden die Anbauteile wie beispielsweise der Stutzen 3 am Gehäuseflansch 2 bzw. der Anschluß stutzen 15 am Pumpengehäuse 12 aus Messing beibehalten, so empfiehlt sich eine Schicht dicke von 100 µm. Werden diese Anbauteile an Gehäuseflansch 2 bzw. Pumpengehäuse 12 aus korrosionsbeständigen nichtrostenden Materialien gefertigt, so erübrigt sich eine In nenbeschichtung 24 dieser Bauteile.According to the illustration in FIG. 2, hollow screws 16 are embedded in the housing bores 13 on the pump housing 12 and are screwed to the internal thread sections of the flange bores 8 on the housing flange 2 . About the banjo bolts 16 housing flange 2 and pump housing 12 are screwed mitein other in two-part designs of the high pressure pump 1 , so that the eccentric shaft 9 received therein is completely sealed to the outside. In addition to the coating of the housing surface 23 of the pump housing 12 or the housing flange 2 , the attachments such as, for example, the connector 3 or, in the case of the pump housing 12, the connecting connector 15 can be provided with an inner coating made of resistant material. For this purpose, the inner surface of connecting piece 15 is anodized or chemically nickel-plated. In contrast to the preferred layer thickness on the housing surface 23 of the pump housing 12 , the layer thickness of the inner coating 24 on the connecting piece 15 can be formed up to 100 microns thick. If the attachments such as the connector 3 on the housing flange 2 or the connector 15 on the pump housing 12 made of brass are retained, a layer thickness of 100 μm is recommended. If these attachments to the housing flange 2 or pump housing 12 are made of corrosion-resistant, rust-free materials, then there is no need for an inner coating 24 of these components.
Fig. 3 zeigt den Gehäuseflansch einer Hochdruckpumpe in Draufsicht und Querschnitt. Fig. 3 shows the housing flange of a high pressure pump in plan view and cross section.
Der Darstellung gemäß Fig. 3 ist zu entnehmen, daß der Gehäuseflansch 2 der Hoch druckpumpe 1 von einer zentralen Bohrung durchsetzt ist. Die Innenfläche dieser Bohrung 28 sowie die Flanschfläche 26, d. h. die Außenfläche des Gehäuseflansches 2 sind mit einer bevorzugt 10 µm starken beständigen Beschichtung versehen. Das Aufbringen der Be schichtung erfolgt vorzugsweise durch Eloxieren des als Aluminium-Druckgußbauteil ge fertigten Gehäuseflansches 2. Neben dem chemischen Vernickeln von Innenfläche 28 des Gehäuseflansches 2 sowie dessen Außenfläche 26 sowie dem chemischen Vernickeln der mit den alternativen Kraftstoffen in Kontakt stehenden Innenflächen des Pumpengehäuses 12, kann die Vernickelung auch auf galvanischem Wege erfolgen. Der Vorteil bei chemi scher Vernickelung der erwähnten Flächen ist eine sich gleichmäßig einstellende Schicht dickenverteilung. Die Schichtdicken können durch entsprechende Bearbeitungsschritte der Bauteile der Hochdruckpumpe 1, die eine Passung besitzen oder durch Vermessung der Bauteile festgelegt werden. Dies zieht keinen zusätzlichen Bearbeitungsschritt bzw. einen Eingriff in die Fertigungsprozesse nach sich.The representation according to Fig. 3 it can be seen that the casing flange 2 of the high-pressure pump is penetrated 1 of a central bore. The inner surface of this bore 28 and the flange surface 26 , ie the outer surface of the housing flange 2, are provided with a preferably 10 μm thick, durable coating. The coating is preferably applied by anodizing the housing flange 2 produced as an aluminum die-cast component. In addition to the chemical nickel plating of the inner surface 28 of the housing flange 2 and its outer surface 26 as well as the chemical nickel plating of the inner surfaces of the pump housing 12 that are in contact with the alternative fuels, the nickel plating can also be carried out by galvanic means. The advantage of chemical nickel plating of the surfaces mentioned is a uniformly distributed layer thickness distribution. The layer thicknesses can be determined by appropriate processing steps of the components of the high-pressure pump 1 that have a fit or by measuring the components. This does not involve an additional processing step or an intervention in the manufacturing processes.
In der Draufsicht auf den Gehäuseflansch 2 gemäß der Darstellung in Fig. 3 sind die Flanschbohrungen 8 am Gehäuseflansch 2 zueinander im Winkel von 120° versetzt orien tiert. Jede der Flanschbohrungen 8 kann mit einem Innengewinde 39 versehen werden, in welches die Hohlschrauben 16, die am Pumpengehäuse 12 aufgenommen sind, einge schraubt und die beiden Bauteile Gehäuseflansch 2 und Pumpengehäuse 12 einer zweiteili gen Hochdruckpumpe 1 miteinander in Verbindung halten. In the plan view of the housing flange 2 as shown in FIG. 3, the flange bores 8 on the housing flange 2 are offset from one another at an angle of 120 °. Each of the flange bores 8 can be provided with an internal thread 39 into which the banjo bolts 16 , which are accommodated on the pump housing 12 , are screwed in and the two components housing flange 2 and pump housing 12 of a two-part high-pressure pump 1 hold together.
Dem Querschnitt durch den Gehäuseflansch 2 gemäß Fig. 3 ist zu entnehmen, daß sowohl die Außenfläche 29 des Gehäuseflansches 2 als auch die komplette Zentralbohrung, die den Gehäuseflansch 2 durchsetzt, an ihrer Innenfläche 28 mit einer beständigen Beschichtung entweder eloxiert oder galvanisch vernickelt ist. Dies gilt auch für eine Sitzfläche 30, an welcher die Axialdichtung 11 des Hubringes 10 im Gehäuseflansch 2 bei montiertem Zu stand von Exzenterwelle 9 und Pumpengehäuse 12 mit dem Gehäuseflansch 2 anliegt. Mit Bezugszeichen 31 ist der Lagersitz des Kugellagers 4 (vgl. Fig. 1) identifiziert, in wel chem die Exzenterwelle 9 aufgenommen ist. Bezugszeichen 32 markiert die Montageposi tion des Sicherungsrings 5, welcher das Wälzlager 4 im Inneren der Zentralbohrung des Gehäuseflansches 2 sichert. Sowohl die Innenfläche 28 der Zentralbohrung im Gehäu seflansch 2 als auch die gesamte Oberfläche 26, 29 des Gehäuseflansches 2 sind entweder durch Eloxieren oder durch chemisches Vernickeln in einer Schichtdicke von etwa 10 µm gegen die alternativen Kraftstoffe, sei es Methanol oder sei es Ethanol, geschützt, so daß Korrosion am Gehäuseflansch 2 nicht auftreten kann.The cross section through the housing flange 2 according to FIG. 3 shows that both the outer surface 29 of the housing flange 2 and the complete central bore, which penetrates the housing flange 2 , are either anodized or galvanically nickel-plated on their inner surface 28 with a permanent coating. This also applies to a seat 30 on which the axial seal 11 of the cam ring 10 in the housing flange 2 with the assembled state of the eccentric shaft 9 and the pump housing 12 with the housing flange 2 is present. The bearing seat of the ball bearing 4 (see FIG. 1) is identified by reference numeral 31 , in which the eccentric shaft 9 is accommodated. Reference numeral 32 marks the mounting position of the locking ring 5 , which secures the roller bearing 4 inside the central bore of the housing flange 2 . Both the inner surface 28 of the central bore in Gehäu seflansch 2 and the entire surface 26, 29 of the housing flange 2 are either microns by anodizing or by chemical nickel plating in a thickness of about 10 against the alternative fuels, it is methanol or either ethanol, protected , so that corrosion on the housing flange 2 cannot occur.
Der Darstellung gemäß Fig. 4 ist das Pumpengehäuse einer Hochdruckpumpe ebenfalls in der Draufsicht und im Querschnitt zu entnehmen.The representation of FIG. 4 is shown in the pump housing a high-pressure pump is also in plan view and in cross section.
Gemäß des Querschnittes durch das Pumpengehäuse 12 in Fig. 4 ist im Bereich eines jeden Förderraumes im Pumpengehäuse 12 eine Zylinderbohrung 34 ausgebildet. Bei Aus führung des Pumpengehäuses 2 als 3-Zylinder-Kolbenpumpe sind im Pumpengehäuse 12 drei um 120° zueinander versetzt orientierte Zylinderbohrungen 34 aufgenommen, deren Innenfläche 36 ebenfalls mit den alternativen Kraftstoffen, die gefördert werden sollen, in Kontakt tritt. Die Innenfläche 36 der Zylinderbohrungen 34 ist daher ebenfalls durch Eloxieren oder chemische oder galvanische Vernickelung mit einer beständigen Beschich tung versehen, deren Dicke im Inneren des Pumpengehäuses 12 vorzugsweise 10 µm be trägt.According to the cross section through the pump housing 12 in FIG. 4, a cylinder bore 34 is formed in the area of each delivery chamber in the pump housing 12 . When the pump housing 2 is designed as a 3-cylinder piston pump, three cylinder bores 34 , which are oriented at 120 ° from one another, are accommodated in the pump housing 12 , the inner surface 36 of which likewise comes into contact with the alternative fuels that are to be conveyed. The inner surface 36 of the cylinder bores 34 is therefore also provided by anodizing or chemical or galvanic nickel plating with a permanent coating, the thickness of which inside the pump housing 12 is preferably 10 μm.
Auch die Außenfläche 35 des Pumpengehäuses 12 ist durch Eloxieren oder chemisches oder galvanisches Vernickeln mit einer beständigen Beschichtung versehen. Gleiches gilt für den Bereich des Pumpengehäuses 12, der mit Bezugszeichen 37 identifiziert ist. In die sem Bereich liegt der von der Axialdichtung 11 nicht umschlossene Bereich des Hubringes 10 im Pumpengehäuse 12 an, so daß Vorsorge gegen einen Kontakt mit dem alternativen Kraftstoff durch Ausbilden einer Beschichtung in der Sitzfläche des Hubringes 10 im Pumpengehäuse 12 zu treffen ist. Mit Bezugszeichen 38 ist die Lagerstelle gekennzeichnet, die die Exzenterwelle 9 über Gleitlager 33 im Pumpengehäuse 12 drehbar aufnimmt. Im unteren Bereich des Pumpengehäuses 12 sind die Gehäusebohrungen 13 zu erkennen, die jeweils mit einer Schraubensitzfläche 40 versehen sind. Diese werden (vgl. Darstellung gemäß Fig. 1) von Hohlschrauben 16 durchsetzt, die mit den Gewindeabschnitten 39 der Flanschbohrungen 8 des Gehäuseflansches 2 in Verbindung gebracht werden können.The outer surface 35 of the pump housing 12 is also provided with a permanent coating by anodizing or chemical or galvanic nickel plating. The same applies to the area of the pump housing 12 which is identified by reference number 37 . In the sem area is not enclosed by the axial seal 11 area of the cam ring 10 in the pump housing 12 , so that precaution against contact with the alternative fuel by forming a coating in the seat of the cam ring 10 in the pump housing 12 must be taken. The bearing point is identified by reference number 38 , which rotatably receives the eccentric shaft 9 via slide bearings 33 in the pump housing 12 . In the lower area of the pump housing 12 , the housing bores 13 can be seen, each of which is provided with a screw seat surface 40 . These are passed through (see illustration according to FIG. 1) by banjo bolts 16 which can be connected to the threaded sections 39 of the flange bores 8 of the housing flange 2 .
Die Draufsicht auf das Pumpengehäuse 12 gemäß Fig. 4 zeigt eine Zylinderbohrung 34, welche zu der in der Zeichenebene verlaufende Zylinderbohrung 34 um 120° geneigt im Pumpengehäuse 12 angeordnet ist. Das Pumpengehäuse 12 ist gemäß der Draufsicht in Fig. 4 in 3-Zylinder-Anordnung 14 gehalten. Der Anschlußstutzen 15 ist an einer Planflä che am Gehäuse 12 aufgenommen und kann ebenfalls mit einer Innenbeschichtung 24, jedoch mit höherer Schichtdicke von bis zu 100 µm versehen werden; daneben können die Anschlußstutzen 15 als Anbauteile am Pumpengehäuse 12 aus nichtrostenden Materialien gefertigt werden.The top view of the pump housing 12 according to FIG. 4 shows a cylinder bore 34 which is arranged in the pump housing 12 at an angle of 120 ° to the cylinder bore 34 running in the plane of the drawing. According to the top view in FIG. 4, the pump housing 12 is held in a 3-cylinder arrangement 14 . The connecting piece 15 is received on a planflä surface on the housing 12 and can also be provided with an inner coating 24 , but with a higher layer thickness of up to 100 microns; In addition, the connecting piece 15 can be made as attachments to the pump housing 12 made of stainless materials.
Der Darstellung gemäß Fig. 5 ist der Aufbau eines Dosiersystems mit elektrisch angetrie bener Hochdruckpumpe zu entnehmen. Aus dieser Darstellung geht hervor, daß über eine Elektrokraftstoffpumpe 52 und einer Ansaugleitung 51 aus einem Kraftstoffreservoir 50 alternative Kraftstoffe gefördert werden. Über die Elektrokraftstoffpumpe 52, welche der Hochdruckpumpe 1 vorgelagert ist, kann bei Ausbildung der Hochdruckpumpe 1 als nicht selbstansaugende Pumpe eine Vorförderung erzielt werden. Von der Leitung zwischen der Elektrokraftstoffpumpe 52 und der Hochdruckpumpe 1 zweigt ein Abzweig 56 zu einem Druckregler 54 ab, der seinerseits mit einem Rücklauf 55 zum Kraftstoffreservoir 50 ver sehen ist.The illustration of FIG. 5 is shown in the construction of a metering system with electrically trie Bener high pressure pump. From this illustration it can be seen that an electric fuel pump 52 and an intake line 51 are used to deliver alternative fuels from a fuel reservoir 50 . Via the electric fuel pump 52, which is arranged upstream of the high pressure pump 1, when forming the high-pressure pump 1 can be obtained as a non-self-priming pump is a pre-supply. From the line between the electric fuel pump 52 and the high pressure pump 1 , a branch 56 branches off to a pressure regulator 54 , which in turn is seen with a return 55 to the fuel reservoir 50 .
Die Hochdruckpumpe ist bevorzugt über einen regelbaren Fremdantrieb 53 angetrieben. Bei dem regelbaren Fremdantrieb 53 handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor, der über ein Steuergerät 59 und eine von diesem zum Antrieb 53 führende Steuergerätelei tung 60 gesteuert wird. Die Hochdruckpumpe 1 fördert ihrerseits alternativen Kraftstoff durch die Verdampferzuleitung 58 in einen Verdampfer 57, der Teil eines Reformierungs systems zur Umwandlung alternativer Kraftstoffe in H2 ist. Die Vorförderpumpe 52 könnte bei Auslegung der Hochdruckpumpe 1 als selbstansaugende Pumpe eingespart werden. Bei Auslegung der Hochdruckpumpe 1 als selbstansaugende Pumpe wäre die Spalte zwischen den einzelnen Kolben und den Zylinderbohrungen 34 so weit zu verringern, daß die Hoch druckpumpe selbstansaugend wird.The high-pressure pump is preferably driven by a controllable external drive 53 . The controllable external drive 53 is, for example, an electric motor which is controlled by a control device 59 and a control device line 60 leading from this to the drive 53 . The high-pressure pump 1 in turn promotes alternative fuel through the evaporator feed line 58 into an evaporator 57 , which is part of a reforming system for converting alternative fuels into H 2 . The pre-feed pump 52 could be saved by designing the high-pressure pump 1 as a self-priming pump. When designing the high-pressure pump 1 as a self-priming pump, the gap between the individual pistons and the cylinder bores 34 would be reduced to such an extent that the high-pressure pump becomes self-priming.
Mittels des über das Steuergerät 59 in seiner Drehzahl regelbaren Fremdantriebes 53 läßt sich durch dessen Drehzahl und dem Bekanntsein des Volumens pro Kolben die Dosier menge des dem Reformierungssystem 57 zuzuführenden Kraftstoffes genauestens einstel len. By means of the control device 59 in its speed controllable third-party drive 53 , the metering amount of the fuel to be supplied to the reforming system 57 can be set precisely by its speed and the known volume per piston.
Der Darstellung gemäß Fig. 6 ist die Prinzipskizze einer geregelten Hochdruckpumpe für alternative Kraftstoffe zu entnehmen.The illustration of FIG. 6 is shown in the schematic diagram of a controlled high-pressure pump for alternative fuels.
Die Hochdruckpumpe 1, die hier lediglich schematisch wiedergegeben ist, ist über eine Abtriebswelle 61 eines Fremdantriebes 53 angetrieben. Die Abtriebswelle 61 und die Ex zenterwelle 9 der Hochdruckpumpe 1 (vgl. Darstellung in Fig. 1) können über eine me chanische oder eine magnetische Kupplung 62 miteinander gekoppelt sein bzw. gekoppelt werden. Eine magnetische Kupplung von Exzenterwelle 9 der Hochdruckpumpe 1 mit der Abtriebswelle 61 des Fremdantriebes 53 bietet als Vorteil den Verzicht auf zusätzliche Bauelemente, während eine mechanische Koppelung von Hochdruckpumpe 1 und Ab triebswelle 61 des Fremdantriebes 53 eine erprobte und bewährte Antriebsmöglichkeit ei ner Hochdruckpumpe 1 für Anwendungen im Kraftfahrzeug darstellt.The high-pressure pump 1 , which is only shown schematically here, is driven via an output shaft 61 of an external drive 53 . The output shaft 61 and the Ex zenterwelle 9 of the high pressure pump 1 (see FIG. 1) can be coupled or coupled to one another via a mechanical or magnetic clutch 62 . A magnetic coupling of the eccentric shaft 9 of the high-pressure pump 1 to the output shaft 61 of the third actuator 53 provides an advantage to the elimination of additional components, while a mechanical coupling of the high-pressure pump 1 and from drive shaft 61 of the external drive 53 is a tried and tested drive possibility ei ner high-pressure pump 1 for applications represents in the motor vehicle.
Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung können unter geringfügigen Modifika tionen hinsichtlich des Austausches von Dichtelementen 11, 18, 20 bzw. 41 an Hochdruck pumpen 1 für Einspritzsysteme für Benzin oder Dieselkraftstoffe und durch solche Dichte lemente, die beständig gegen alternative Kraftstoffe- wie Methanol und Ethanol sind und dem Beschichten der mit alternativen Kraftstoffen in Kontakt tretenden Flächen der Hoch druckpumpe 1 bzw. der Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien hinsichtlich der Anbauteile 3 und 15 bewährte in Serie produzierte Hochdruckpumpen 1 an neue Ein satzzwecke angepaßt werden. With the solution proposed according to the invention, under slight modifications with regard to the exchange of sealing elements 11 , 18 , 20 or 41 at high pressure pumps 1 for injection systems for gasoline or diesel fuels and by such density elements which are resistant to alternative fuels such as methanol and ethanol and the coating of the surfaces coming into contact with alternative fuels of the high-pressure pump 1 or the use of corrosion-resistant materials with regard to the attachments 3 and 15 proven high-pressure pumps 1 produced in series to be adapted to new purposes.
11
Hochdruckpumpe
high pressure pump
22
Gehäuseflansch
housing flange
33
Stutzen
Support
44
Wälzlager
roller bearing
55
Sicherungsring
circlip
66
Kupplungsscheibe
clutch disc
77
Sicherungsstift
safety pin
88th
Flanschbohrung
Flange
99
Exzenterwelle
eccentric shaft
1010
Hubring
lifting ring
1111
Axialdichtung
axial seal
1212
Pumpengehäuse
pump housing
1313
Gehäusebohrung
housing bore
1414
3-Zylinder-Anordnung
3-cylinder arrangement
1515
Anschlußstutzen
connecting branch
1616
Hohlschraube
Hohlschraube
1717
Sichetungsschraube
Siche Tung screw
1818
äußere O-Ringe
outer o-rings
1919
Zylinder
cylinder
2020
innerer O-Ring
inner O-ring
2121
Gleitschuh
shoe
2222
Druckfeder
compression spring
2323
Gehäuseoberfläche
housing surface
2424
Stutzenbeschichtung
Stutz coating
2626
Flanschfläche
flange
2727
Bohrungsfläche
bore surface
2828
Innenfläche Gehäuseflansch
Inner surface of housing flange
2929
Außenfläche Gehäuseflansch
Outer surface of the housing flange
3030
Sitzfläche Hubring
Seat ring lifting ring
3131
Lagersitz
bearing seat
3232
Sägeringsitz
Sägeringsitz
3333
Gleitlager
bearings
3434
Zylinderbohrung
bore
3535
beschichtete Außenfläche Pumpengehäuse
coated outer surface of pump housing
3636
beschichtete Innenfläche Pumpengehäuse
coated inner surface of pump housing
3737
Sitzfläche Hubring Seat ring lifting ring
1010
3838
Lager Exzenterwelle
Eccentric shaft bearing
3939
Innengewindeabschnitt
Internally threaded portion
4040
Schraubensitz
screw seat
4141
O-Ring
O-ring
5050
Kraftstoffreservoir
Fuel reservoir
5151
Ansaugleitung
suction
5252
Vorförderaggregat
Vorförderaggregat
5353
Fremdantrieb
External drive
5454
Druckregler
pressure regulator
5555
Rücklauf
returns
5656
Abzweig
junction
5757
Verdampfer-Reformierungs
system
Evaporator reforming system
5858
Verdampferzuleitung
evaporator feed line
5959
Steuergerät
control unit
6060
Zuleitung
supply
6161
Abtriebswelle
output shaft
6262
Kupplung
clutch
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