DE10129449A1

DE10129449A1 - Kraftstoffhochdruckpumpe für Brennkraftmaschine mit verbessertem Teillastverhalten

Info

Publication number: DE10129449A1
Application number: DE10129449A
Authority: DE
Inventors: Kurt Frank; Steffen Jung; Andreas Kellner; Vincenco Damiani; Domenico Maldera; Davide Olieveri
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2003-01-02
Also published as: JP3893324B2; US20020189436A1; JP2003049742A; US6817841B2; ITMI20021302A1; FR2826063A1

Abstract

Es wird ein Kraftstoffeinspritzsystem vorgeschlagen, bei welchem nur jeweils ein Pumpelement (19) Kraftstoff ansaugen kann. Dadurch wird erreicht, dass auch im Teillastbetrieb alle Pumpenelemente (19) arbeiten und sich in Folge dessen der Rundlauf der Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb verbessert.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit mehreren bezüglich einer Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelementen, wobei die Pumpenelemente je einen Förderraum aufweisen, der einenends von einem Kolben begrenzt wird, mit einem saugseitigen Zulaufkanal je Pumpenelement, wobei die Zulaufkanäle über einen von der Antriebswelle und einem Gehäuse begrenzten Ringkanal mit Kraftstoff versorgt werden und in die Förderräume der Pumpenelemente münden.
Bei diesen Radialkolbenpumpen wird die Fördermenge in der Regel durch eine Saugdrosselung geregelt. Wenn zwei Pumpenelemente gleichzeitig Kraftstoff aus dem Ringkanal ansaugen, kann es bei kleinen Fördermengen, insbesondere bei Fördermengen kleiner 30% der Vollfördermenge, dazu kommen, dass eines der Pumpenelemente vollständig ausfällt und nicht mehr fördert. Dies führt zu einem ungleichen Drehmomentbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe und infolgedessen zu einem unrunden Lauf der Brennkraftmaschine. Dieser unrunde Lauf der Brennkraftmaschine ist besonders im Leerlauf störend.
Es ist bekannt, bspw. durch ein gesteuertes Saugventil bei dem die Feder des Saugventils im Kolben des Pumpenelements angeordnet ist, zu beseitigen. Nachteilig an dieser Lösung ist der vergrößerte Totraum, der schlechtere Wirkungsgrad der Kraftstoffhochdruckpumpe und deren Baugröße.
Eine weitere Lösung dieses Problems könnte darin bestehen, statt einer Zumesseinheit für die gesamte Kraftstoffhochdruckpumpe eine Zumesseinheit je Pumpenelement vorzusehen. Diese Lösung scheitert jedoch u. a. an den hohen Kosten und dem Platzbedarf der zusätzlichen Zumesseinheiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe bereitzustellen, bei denen die Pumpenelemente auch im Teillastbereich gleichmäßig fördern, die gegenüber bekannten Kraftstoffhochdruckpumpen kein zusätzliches Bauvolumen beansprucht und außerdem möglichst kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit mehreren bezüglich einer Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelementen, wobei die Pumpenelemente je einen Förderraum aufweisen, der einenends von einem Kolben begrenzt wird, mit einem saugseitigen Zulaufkanal je Pumpenelement, wobei die Zulaufkanäle über einen von der Antriebswelle und einem Gehäuse begrenzten Ringkanal mit Kraftstoff versorgt werden und in die Förderräume der Pumpenelemente münden, dadurch gelöst, dass die hydraulische Verbindung zwischen Ringkanal und Zulaufkanälen von der Antriebswelle gesteuert wird.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Steuerung der hydraulischen Verbindung zwischen Ringkanal und Zulaufkanälen ist sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt, bzw. in jeder Stellung der Antriebswelle, nur ein Pumpenelement Kraftstoff aus dem Ringkanal ansaugen kann. Dadurch wird vermieden, dass im Teillastbereich, wenn mehrere Pumpenelemente gleichzeitig ansaugen, eines dieser Pumpenelemente überhaupt keinen Kraftstoff mehr ansaugt und demzufolge auch keinen Kraftstoff mehr fördert. Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe kann jedes Pumpenelement während seines Saughubs die gesamte durch die Zumesseinheit in den Ringkanal strömende Kraftstoffmenge ansaugen. Deshalb arbeiten die Pumpenelemente auch im Teillastbereich mit sehr geringen Fördermengen noch gut. Infolgedessen ist der Drehmomentbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe über eine Drehung der Antriebswelle gesehen nahezu konstant, so dass die Brennkraftmaschine auch im Leerlauf noch rund läuft.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Antriebswelle als Drehschieber ausgebildet ist, so dass auf einfachste Weise und nahezu ohne zusätzlichen Platzbedarf die Steuerung der hydraulischen Verbindung zwischen Ringkanal und Zulaufkanälen erfolgen kann. Je nachdem wie der Drehschieber gestaltet wird, können die Steuerzeiten einfach an die Erfordernisse der Kraftstoffeinspritzanlage angepasst werden.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Saughubs eines Pumpenelements dieses mit dem Ringkanal hydraulisch in Verbindung steht und/oder dass unabhängig von der Stellung der Antriebswelle immer nur ein Zulaufkanal mit dem Ringkanal hydraulisch in Verbindung steht, so dass jeweils nur ein Pumpenelement die gesamte in den Ringkanal strömende Kraftstoffmenge ansaugen kann und somit optimale Ansaugbedingungen für die Pumpenelemente herrschen.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass unabhängig von der Stellung der Antriebswelle mindestens ein Zulaufkanal nicht mit dem Ringkanal hydraulisch in Verbindung steht. Diese bedeutet, dass mehrere Zulaufkanäle, nicht jedoch alle Zulaufkanäle, gleichzeitig mit dem Ringkanal in Verbindung stehen, was zu einer Verstetigung des Förderstroms der Vorförderpumpe führt, ohne auf die erfindungsgemäßen Vorteile hinsichtlich des Betriebsverhaltens der Kraftstoffhochdruckpumpe verzichten zu müssen.

Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Kraftstoffzufluss im Ringkanal von einer Zumesseinheit gesteuert wird, so dass die Fördermengenregelung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe auf an sich bekannte und bewährte Weise erfolgen kann.

Zur Vermeidung eines Rückströmens von Kraftstoff aus dem Pumpenelement in den Ringkanal ist in jedem Zulaufkanal ein Rückschlagventil angeordnet.

Zur Erhöhung der Betriebssicherheit und zur Vereinfachung der Herstellung ist außerdem vorgesehen, die Zulaufkanäle im Gehäuse anzuordnen, wobei bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform die Zulaufkanäle im Wesentlichen radial zur Längsachse der Antriebswelle verlaufen.

In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ringkanal gegen die Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe abgedichtet ist, so dass die Pumpenelement keinen Kraftstoff, der nur zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe dienen soll, ansaugen können und somit eine genaue Fördermengenregelung möglich ist.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und deren Beschreibung entnehmbar.

Zeichnung

Es zeigen:
Fig. 1 ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe;
Fig. 2 eine Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe im Längschnitt;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie B-B und
Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie C-C.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist ein Common-Rail-Einspritzsystem nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Eine Vorförderpumpe 1 saugt über eine Zulaufleitung 3 nicht dargestellten Kraftstoff aus einem Tank 5 an. Dabei wird der Kraftstoff in einem Vorfilter 7 und einem Filter mit Wasserabscheider 9 gefiltert.
Die Vorförderpumpe 1 ist als Zahnradpumpe ausgebildet und weist ein erstes Überdruckventil 11 auf. Saugseitig wird die Vorförderpumpe durch eine erste Drossel 13 gedrosselt. Eine Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 versorgt eine Kraftstoffhochdruckpumpe 17 mit Kraftstoff. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist als Radialkolbenpumpe mit drei Pumpenelementen 19 ausgeführt und treibt die Vorförderpumpe 1 an. Auf der Saugseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Rückschlagventil 21 vorgesehen. Auf der Druckseite der Pumpenelemente 19 ist je ein Rückschlagventil 23 vorgesehen, welches verhindert, dass der unter hohem Druck stehende Kraftstoff, welcher von den Pumpenelementen 19 in ein Common-Rail 25 gefördert wurde, in die Pumpenelemente 19 zurückfließen kann.
Die unter Hochdruck stehenden Leitungen des Kraftstoffeinspritzsystems sind in Fig. 1 mit dicken Linien gezeichnet, während die unter niedrigem Druck stehenden Bereiche des Kraftstoffeinspritzsystems mit dünnen Linien dargestellt sind.
Der Common-Rail 25 versorgt einen oder mehrere in Fig. 1 nicht dargestellte Injektoren mit Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 27. Ein zweites Überdruckventil 28, welches bei Bedarf den Common-Rail mit einer Rücklaufleitung 29 verbindet, verhindert unzulässig hohe Drücke im Hochdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems. Über die Rücklaufleitung 29 und eine Leckageleitung 31 werden die Leckage und die Steuermengen des oder der nicht dargestellten Injektoren in den Tank 5 zurückgeführt.
Über ein Schaltventil 33 kann der in der Rücklaufleitung 29 befindliche Kraftstoff auch in die Zulaufleitung 3 der Vorförderpumpe 1 transportiert werden, so dass bei niedrigen Temperaturen die Versulzungsgefahr verringert wird.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 wird von der Vorförderpumpe 1 einerseits mit Kraftstoff für die Pumpenelemente 19 und andererseits mit Kraftstoff zur Schmierung versorgt. Die Kraftstoffmenge, welche zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 dient, wird über ein erstes Steuerventil 35 und eine zweite Drossel 37 gesteuert. In der in Fig. 1 dargestellten Stellung des ersten Steuerventils 35 reicht der Druck auf der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 nicht aus, um einen Kolben 39 des ersten Steuerventils 35 gegen die Federkraft einer Feder 41 zu bewegen. Infolgedessen ist das erste Steuerventil 35 in Fig. 1 geschlossen dargestellt. Sobald der Druck auf der Druckseite 15 ansteigt, bewegt sich der Kolben 39 gegen die Federkraft der Feder 41 nach links und gibt die Leitung 43 frei. Über die Leitung 43 und die zweite Drossel 37 strömt Kraftstoff zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 in deren Kurbelgehäuse.
Über einen Ringkanal 45 und Zulaufkanäle 46 versorgt die Kraftstoffhochdruckpumpe 17 die Pumpenelemente 19 mit Kraftstoff. Zur Regelung der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 ist zwischen der Druckseite 15 der Vorförderpumpe 1 und dem Ringkanal 45 ein Zumessventil 47 vorgesehen. Das Zumessventil 47 ist ein Stromventil, welches von einem nicht dargestellten Steuergerät des Kraftstoffeinspritzsystems angesteuert wird. Die Pumpenelemente 19 werden somit über das Zumessventil 47 saugseitig gedrosselt.
Eine Nullförderdrossel 49 verhindert den ansonsten im Schiebebetrieb, d. h. bspw. bei einer Bergabfahrt eines Kraftfahrzeugs, durch die Leckagemenge der Zumeßeinheit 47 verursachten und unerwünschten Druckaufbau im Ringkanal 45. Durch die Nullförder-Drossel 49 kann der Kraftstoff aus dem Ringkanal 45 in das Kurbelgehäuse der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 abfließen und dort zur Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe 17 verwendet werden.
Der Druck im Common-Rail 25 wird über ein Druckventil 51, welches auch als Stromventil ausgebildet werden kann, geregelt. Das Druckventil 51 wird ebenfalls von dem nicht dargestellten Steuergerät angesteuert.
Angetrieben werde die Pumpenelemente 19 von einer Antriebswelle 53 mit einem Exzenter 55. Auf den Exzenter 55 ist ein Zwischenring 57 mit drei Abflachungen aufgeschoben, auf den sich die Kolben 59 der Pumpenelemente 19 abstützen.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 17 im Längsschnitt dargestellt. Die Antriebswelle 53 ist in einem Gehäuse 61a und 61b drehbar gelagert. Das Gehäuse 61 ist zur Vereinfachung von Herstellung und Montage zweiteilig ausgeführt. In Fig. 2 ist ein Pumpenelement 19 etwas detaillierter dargestellt. Der Zwischenring 57 überträgt eine oszillierende Bewegung auf den Kolben 59 des Pumpenelements 19, wenn die Antriebswelle 53 in Drehung versetzt wird. Das Rückschlagventil 21, welches im Zulaufkanal 46 angeordnet ist sorgt dafür, dass der Kolben 59 während des Saughubs Kraftstoff über den Zulaufkanal 46 aus dem Ringkanal 45 ansaugen kann. Andererseits verhindert das Rückschlagventil 21 ein Rückströmen des Kraftstoffs aus einem Förderraum 63 des Pumpenelements 19 während des Förderhubs.
Der Kolben 59 fördert während des Förderhubs Kraftstoff in einen Hochdruckkanal 65. Dieser Hochdruckkanal 65 steht mit dem nicht dargestellten Common-Rail aus Fig. 1 hydraulisch in Verbindung. Um ein Rückströmen des Kraftstoffs aus dem nicht dargestellten Common-Rail in den Förderraum 63 zu verhindern, ist im Hochdruckkanal 65 ein Rückschlagventil 23 vorgesehen.
Der Ringkanal 45 wird von der Antriebswelle 53 und dem Gehäuse 61b begrenzt. Damit aus dem Kurbelgehäuse, welches von dem Gehäuseteil 61a gebildet wird, kein Kraftstoff in den Ringkanal 45 eindringen kann, ist ein Radialwellendichtring 67 zwischen Ringkanal 45 und Kurbelgehäuse vorgesehen. Der Ringkanal 45 wird über eine Leitung 43, die wiederum mit dem Zumessventil 47 (siehe Fig. 1) in Verbindung steht, mit Kraftstoff gefüllt. In Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie C-C dargestellt. Aus dieser Darstellung ist deutlich zu erkennen, dass der Ringkanal 45 in radialer Richtung von der Antriebswelle 53 und dem Gehäuse 61b begrenzt wird. Auch die Leitung 43 ist in dieser Darstellung gut zu erkennen.
In Fig. 4 ist ein Schnitt entlang der Linie B-B aus Fig. 2 dargestellt. In dieser Darstellung wird deutlich, dass die Antriebswelle 53 in der Schnittebene als Drehschieber ausgebildet ist. Die Antriebswelle 53 weist eine Aussparung 69 auf, welche die hydraulische Verbindung zwischen Ringkanal 45 (siehe Fig. 3) und einem Zulaufkanal (46) herstellt. Grundsätzlich beträgt der Öffnungswinkel der Aussparung 69 360°/n, mit n = Zahl der Pumpenelemente 19.
Wenn der Öffnungswinkel der Aussparung 69 < 360°/n ist, wird eine vollständige hydraulische Trennung der Zulaufkanäle 46 voneinander erreicht.
Es kann auch sinnvoll sein, den Öffnungswinkel Aussparung 69 > 360°/n zu wählen, so dass mindestens zwei Zulaufkanäle 46 zeitweise über den Ringkanal 45 (nicht dargestellt) miteinander hydraulisch verbunden sind. Dadurch kann bspw. die Fördermenge der Vorförderpumpe (siehe Fig. 1) vergleichmäßigt werden.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit mehreren bezüglich einer Antriebswelle (53) radial angeordneten Pumpenelementen (19), wobei die Pumpenelemente (19) je einen Förderraum (63) aufweisen, der einenends von einem Kolben (59) begrenzt wird, mit einem saugseitigen Zulaufkanal (46) je Pumpenelement (19), wobei die Zulaufkanäle (46) über einen von der Antriebswelle (53) und einem Gehäuse (61) begrenzten Ringkanal (45) mit Kraftstoff versorgt werden und in die Förderräume (63) der Pumpenelemente (19) münden, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Verbindung zwischen Ringkanal (45) und Zulaufkanälen (46) von der Antriebswelle (53) gesteuert wird.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (53) als Drehschieber ausgebildet ist.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Saughubs eines Pumpenelements (19) dieses mit dem Ringkanal (45) hydraulisch in Verbindung steht.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Stellung der Antriebswelle (53) nur ein Zulaufkanal (19) mit dem Ringkanal (45) hydraulisch in Verbindung steht.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass unabhängig von der Stellung der Antriebswelle (53) mindestens ein Zulaufkanal (19) nicht mit dem Ringkanal (45) hydraulisch in Verbindung steht.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzufluß in Ringkanal (45) von einer Zumeßeinheit (47) gesteuert wird.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Zulaufkanal (46) ein Rückschlagventil (21) angeordnet ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufkanäle (46) im Gehäuse (61) angeordnet sind.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulaufkanäle (46) im wesentlichen radial zur Längsachse der Antriebswelle (53) verlaufen.

10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (45) gegen die Schmierung der Kraftstoffhochdruckpumpe abgedichtet ist.