DE102005027851A1

DE102005027851A1 - Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005027851A1
Application number: DE102005027851A
Authority: DE
Inventors: Marcus Kristen; Achim Koehler; Sascha Ambrock; Walter Fuchs; Dietmar Ottenbacher; Bertram Schweitzer; Christian Langenbach; Joerg Wuerz; Saban Akmese; Marco Lamm; Karl-Heinz Traub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2006-12-21
Also published as: CN101198784B; DE502006008185D1; EP1896713B1; CN101198784A; US20120132177A1; WO2006134002A1; US8371267B2; KR20080016638A; KR101046851B1; JP2008544139A; EP1896713A1; ATE486206T1; JP4567787B2

Abstract

Es wird eine Kraftstoffhochdruckpumpe (1) vorgeschlagen, bei der die Lager (39) und (41) einer Antriebswelle (35) zwangsweise von Kraftstoff durchströmt werden und bei denen dadurch die mechanische und thermische Belastbarkeit der Lager und damit der gesamten Kraftstoffhochdruckpumpe (1) deutlich erhöht wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse in dem eine Antriebswelle durch ein erstes Lager und ein zweites Lager gelagert ist, mit mindestens einem bezüglich der Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelement, mit einem Kraftstoffzulauf, wobei eine Vorförderpumpe Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf fördert, mit einem Kraftstoffrücklauf, mit einer Zumesseinheit zur Regelung der Fördermenge des oder der Pumpenelemente und mit einem Druckregelventil.

Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffhochdruckpumpen dient das Druckregelventil dazu, den Druck im Niederdruckkreislauf der Kraftstoffhochdruckpumpe zu regeln. Dabei wird die Fördermenge der Vorförderpumpe üblicherweise in drei Teilströme aufgeteilt. Ein erster Teilstrom fließt durch die Zumesseinheit auf die Saugseite des oder der Pumpenelemente. Der zweite Teilstrom fließt in der Regel über eine Schmierdrossel durch das Pumpengehäuse und dient dort zur Kühlung und Schmierung der Pumpe. Aus dem Pumpengehäuse gelangt dieser zweite Teilstrom in den Kraftstoffrücklauf des Kraftstoffeinspritzsystems.

Ein dritter Teilstrom fließt durch das Druckregelventil, welches auch als Überströmventil ausgebildet sein kann und gelangt ebenfalls in den Kraftstoffrücklauf.

Mit zunehmenden Einspritzdrücken steigen auch die mechanischen und thermischen Belastungen sowohl der Antriebswelle als auch der Lagerung der Antriebswelle im Pumpengehäuse. Diesen steigenden Belastungen sind die herkömmlichen Kraftstoffhochdruckpumpen nicht gewachsen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem bereit zu stellen, die mit dem gleichen Bauraum wie herkömmliche Kraftstoffhochdruckpumpen auskommt und dennoch bezüglich thermischer und mechanischer Belastbarkeit den aus dem Stand der Technik bekannten Kraftstoffhochdruckpumpen überlegen ist. Außerdem soll die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle in dem Pumpengehäuse durch ein erstes Lager und ein zweites Lager gelagert ist, mit mindestens einem bezüglich der Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelement, mit einem Kraftstoffzulauf, wobei eine Vorförderpumpe Kraftstoff in Kraftstoffzulauf fördert, mit einem Kraftstoffrücklauf, mit einer Zumesseinheit zur Regelung der Fördermenge des oder der Pumpenelemente und mit einem Druckregelventil dadurch gelöst, dass das Druckregelventil im Kraftstoffrücklauf angeordnet ist.

Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Druckregelventils im Kraftstoffrücklauf wird u.a. erreicht, dass der Großteil des von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffs durch das Pumpengehäuse strömt und dadurch zu einer verbesserten Kühlung des Pumpengehäuses und der Antriebswelle beiträgt. Außerdem wird der Druck im Pumpengehäuse gegenüber herkömmlichen Konstruktionen angehoben, was die Kavitationsneigung im inneren des Pumpengehäuses verringert. Schließlich wird die Bildung von Dampfblasen und örtlichen Überhitzungen (sog. hot spots) wirksam unterbunden.

Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe kann auf eine Schmierdrossel zwischen der Vorförderpumpe und dem Pumpengehäuse verzichtet werden, so dass die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe trotz der genannten Vorteile noch einfacher als herkömmliche Kraftstoffhochdruckpumpen aufgebaut ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Lager von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, und dass das erste Lager sowohl mit dem Kraftstoffzulauf, als auch mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch in Verbindung steht. Dies bedeutet, dass auf der einen Seite des ersten Lagers etwa der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Vorförderpumpe herrscht, während sich die andere Seite des ersten Lagers im Druckgleichgewicht mit dem nahezu drucklosen Kraftstoffrücklauf befindet. Dadurch wird das erste Lager zwangsweise von Kraftstoff durchströmt und somit eine ausreichende Schmierung und Kühlung des ersten Lagers in allen Betriebspunkten sichergestellt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist eine erste Durchflussbegrenzungseinrichtung vorgesehen, die in Reihe mit dem ersten Lager geschaltet ist.

Die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung dient dazu, den Kraftstoffstrom, der durch das erste Lager strömt, innerhalb vorgegebener Grenzen zu halten. Bei der Serienfertigung von Kraftstoffhochdruckpumpen kann es nämlich dazu kommen, dass aufgrund der Fertigungstoleranzen und des Verschleißes bei dem ersten Lager die Dicke des Schmierspalts und damit der Kraftstoffstrom durch das Lager und dessen Tragfähigkeit innerhalb sehr weiter Grenzen streuen. Dies bedeutet, dass bei ungünstiger Toleranzlage die Tragfähigkeit des ersten Lagers und dessen Kühlung und Schmierung durch den Kraftstoff nicht in allen Betriebspunkten ausreichend ist. Wenn nun die erfindungsgemäße erste Durchflussbegrenzungseinrichtung in Reihe mit dem ersten Lager geschaltet ist, kann wegen der sehr kleinen Fertigungstoleranz, mit der die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung hergestellt werden kann, der Kraftstoffstrom durch das erste Lager eingestellt werden. Dadurch wirken sich die oben genannten Fertigungstoleranzen nur noch in geringem Umfang auf die Tragfähigkeit aus, so dass auch bei ungünstiger Toleranzlage in allen Betriebspunkten der Kraftstoffhochdruckpumpe die Belastbarkeit des ersten Lagers gewährleistet ist.

Die Durchflussbegrenzungseinrichtung begrenzt den durch das Lager fließenden Kraftstoffstrom. Dadurch werden in u8ngünstigen Toleranzlagen des Lagers die Anforderungen an die Vorförderpumpe reduziert.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, mit einer Antriebswelle, wobei die Antriebswelle in dem Pumpengehäuse durch ein erstes Lager und ein zweites Lager gelagert ist, mit mindestens einem bezüglich der Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelement, mit einem Kraftstoffzulauf, wobei eine Vorförderpumpe Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf fördert, mit einem Kraftstoffrücklauf, mit einer Zumesseinheit zur Regelung der Fördermenge des oder den Pumpenelemente, und mit einem im Zulauf angeordneten Druckregelventil dadurch gelöst, dass das erste Lager von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, dass das erste Lager sowohl mit dem Kraftstoffzulauf als auch mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch in Verbindung steht, dass eine erste Durchflussbegrenzungseinrichtung vorgesehen ist, dass die erste Durchflussbegrenzung in Reihe mit dem ersten Lager geschaltet ist, und dass zwischen dem Pumpengehäuse und dem Kraftstoffrücklauf eine Bypassdrossel vorgesehen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe kann durch die geeignete Abstimmung der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung und der Bypassdrossel auf einfache und wirksame Weise sichergestellt werden, dass eine ausreichende Kraftstoffmenge durch das erste Lager strömt und somit dessen Kühlung und Schmierung in allen Betriebspunkten gewährleistet ist.

Bei den erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpen kann die Zumesseinheit alternativ zwischen der Vorförderpumpe und der Kraftstoffhochdruckpumpe im Kraftstoffzulauf angeordnet sein, oder zwischen dem Druckregelventil und der Kraftstoffhochdruckpumpe im Kraftstoffrücklauf angeordnet sein. Beide Anordnungen haben spezifische Vorteile, die im Einzelfall gegeneinander abzuwägen sind.

Für die Anordnung der Zumesseinheit zwischen der Vorförderpumpe und der Kraftstoffhochdruckpumpe im Kraftstoffzulauf spricht, dass bei dieser Anordnung der in den Hochdruckbereich der Kraftstoffhochdruckpumpe strömende Kraftstoff nicht zuvor durch das Pumpengehäuse geströmt ist, so dass dort eventuell vorhandene Späne oder sonstige Partikel nicht in den Kraftstoffhochdruckbereich gelangen können.

Vorteilhaft an der Anordnung der Zumesseinheit im Kraftstoffrücklauf ist, dass die gesamte von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoffmenge in jedem Betriebspunkt zur Kühlung und Schmierung des Pumpengehäuses bzw. der Antriebswelle der Kraftstoffhochdruckpumpe sowie der zugehörigen Lager zur Verfügung steht. Dadurch wird die Belastbarkeit des Niederdruckbereichs der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe weiter erhöht.

Es ist alternativ möglich, die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung in Strömungsrichtung vor oder nach dem ersten Lager anzuordnen. Welcher Anordnung im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Umständen und Randbedingungen des Einzelfalls ab.

In weiterer Ergänzung der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpen kann weiter vorgesehen sein, dass das zweite Lager von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird und dass das zweite Lager sowohl mit dem Kraftstoffzulauf als auch mit dem Kraftstoffrücklauf hydraulisch in Verbindung steht.

Des Weiteren kann eine zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung vorgesehen sein, die in Strömungsrichtung vor oder nach dem zweiten Lager angeordnet ist. Die Vorteile der zwangsweisen Schmierung des zweiten Lagers und der zweiten Durchflussbegrenzungseinrichtung entsprechen im wesentlichen den zuvor genannten Vorteilen, die im Zusammenhang mit dem ersten Lager und der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung genannt würden.

Die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung und/oder die zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung können als Drossel, Blende oder als Stromregelventil ausgebildet werden. Welcher dieser Alternativen im Einzelfall der Vorzug gegeben wird, hängt von den Toleranzfeldern der verschiedenen Bauteile, den Belastungen und selbstverständlich wirtschaftlichen Gründen ab und ist im Einzelfall zu entscheiden.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Lager von einer Leckageleitung der Vorförderpumpe mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorförderpumpe z. B. als Flügelzellenpumpe oder Innenzahnradpumpe ausgebildet ist. Bei Flügelzellenpumpen oder Innenzahnradpumpen tritt in dem Spalt zwischen Flügelrad und Gehäuse eine Leckage auf, die durch eine Leckageleitung abgeführt werden muss. Wenn nun diese Leckageleitung in das zur Schmierung und Kühlung des zweiten Lagers eingesetzt wird, kann erstens die Schmierung und Kühlung des zweiten Lagers unter allen Betriebsbedingungen sichergestellt werden und zweitens wird wegen des Gegendrucks die Leckagemenge der Vorförderpumpe reduziert. Dies führt zu einem verbesserten hydraulischen Wirkungsgrad der Vorförderpumpe.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das erste Lager und/oder das zweite Lager als Gleitlager ausgebildet sind. Dann kann durch die erfindungsgemäße Versorgung der Lager mit unter Druck stehenden Kraftstoff ein stabiler hydrostatischer Schmierfilm ausgebildet, der eine sehr hohe Belastbarkeit der Lager in verschiedensten Drehzahlbereichen sicherstellt.

Vorteilhafterweise mündet der Kraftstoffanschluss in einen Innenraum des Pumpengehäuses, wobei die Antriebswelle in dem Innenraum des Pumpengehäuses angeordnet ist.

Die erfindungsgemäßen Vorteile werden bei einem Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vorförderpumpe, mit einem Tank, mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe, mit einem Common-Rail und mit mindestens einem Injektor erreicht, wenn die Kraftstoffhochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.

Alternativ kann die Vorförderpumpe von der Brennkraftmaschine oder von einem Elektromotor angetrieben werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Zeichnung
Es zeigen
1 bis 7 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftstoffhochdruckpumpen und deren Einbindung in ein Kraftstoffeinspritzsystem.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 in einer Blockschaltbilddarstellung.
Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems, das im wesentlichen aus einem Tank 3, einer Vorförderpumpe 5, einem Filter 7, einem Rail 9 und einem Druckbegrenzungsventil 11 besteht. Die Injektoren, welche an das Rail 9 angeschlossen sind, sind in 1 nicht dargestellt. Das Druckbegrenzungsventil 11 mündet in eine Rücklaufleitung 13, in die auch die Leckagemengen der nicht dargestellten Injektoren abgeführt werden. Die Rücklaufleitung 13 mündet bei diesem ersten Ausführungsbeispiel in den Tank 3 und treibt dort eine Strahlpumpe (ohne Bezugszeichen) an.
Im Inneren der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist ein Temperatursensor T angeordnet. Die Kraftstoffhochdruckpumpe 1 ist über einen Kraftstoffzulauf 15, den Filter 7 und die Vorförderpumpe 5 hydraulisch mit dem Tank 3 verbunden.
Innerhalb der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 zweigt von dem Kraftstoffzulauf 15 eine erste Zweigleitung 17 ab, in der eine Zumesseinheit 19 angeordnet ist. Die Zumesseinheit 19 dient dazu, die von Pumpenelementen 21 der Kraftstoffhochdruckpumpe angesaugte Kraftstoffmenge und damit auch deren Fördermenge zu steuern. Dazu werden die Saugseiten der Pumpenelemente 21 über eine Verteilleitung 23 mit dem Ausgang der Zumesseinheit 19 hydraulisch verbunden.
Die Pumpenelemente 21 bestehen im wesentlichen aus Saugventilen 25, hochdruckseitigen Rückschlagventilen 27 und einem Kolben 29, der in einer Zylinderbohrung (ohne Bezugszeichen) oszilliert. Die Kolben 29 der Pumpenelemente 21 werden über Rollenstößel 31 von Nocken 33 einer Antriebswelle 35 angetrieben. Die Pumpenelemente 21 fördern unter hohem Druck stehenden Kraftstoff über eine Hochdruckleitung 27 in das Rail 9.
Die Nocken 33 sind Teil einer Antriebswelle 35, die zu beiden Seiten der Nocken 33 in einem ersten Lager und in einem zweiten Lager in einem Pumpengehäuse (nicht dargestellt) drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 35 ist in einem Innenraum 39 des Pumpengehäuses angeordnet. Die Lager der Antriebswelle 35 sind in dem Blockschaltbild gemäß 1 als Drosselstelle dargestellt. Das erste Lager hat in 1 das Bezugszeichen 39, während das zweite Lager mit dem Bezugszeichen 41 versehen wurde.
Ein Kraftstoffrücklauf 43 stellt eine hydraulische Verbindung zwischen dem Innenraum 38 des Pumpengehäuses und der Rücklaufleitung 13 her. In dem Kraftstoffrücklauf 43 ist ein Druckregelventil 45 angeordnet. In dem Druckregelventil 45 können unterschiedliche Drosseln (nicht dargestellt) integriert sein.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe ist das Druckregelventil 45 stromabwärts des Innenraums 38 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeordnet. Dies bedeutet, dass in dem Innenraum 38 nahezu der gleiche Druck wie auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5 herrscht. In der Regel beträgt der Druck auf der Druckseite der Vorförderpumpe 5 und damit des Innenraums 38 etwa 3 bar bis etwa 6 bar.
Dieser im Innenraum 38 herrschende Druck führt zu einer Verringerung der Kavitationsneigung und damit zur Unterdrückung von Dampfblasen, insbesondere bei hohen Drehzahlen. Außerdem führt der erhöhte Innendruck im Innenraum 38 des Pumpengehäuses dazu, dass Kraftstoff durch das erste Lager 39 und das zweite Lager 41 gepresst wird. Dadurch wird, abhängig vom im Innraum 38 herrschenden Druck, der Viskosität des Kraftstoffs und dem Strömungswiderstand des ersten Lagers 39 und des zweiten Lagers 41, ein definierte Kraftstoffmenge durch die Lager 39 und 41 gepresst. Dies führt zu einer deutlichen Erhöhung der Belastbarkeit sowohl des ersten Lagers 39, als auch des zweiten Lagers 41.
Da das erste Lager 39 und das zweite Lager 41 in der Regel als Gleitlager ausgebildet sind, bildet sich durch die zwangsweise Durchströmung der Lager 39 und 41 in den Lagern 39 und/oder 41 ein hydrostatischer Schmierkeil aus. Dadurch erhöht sich die Belastbarkeit des ersten Lagers 39 und des zweiten Lagers 41 erheblich und gleichzeitig wird auch die Wärmeabfuhr aus dem ersten Lager 39 und dem zweiten Lager 42 verbessert.
Um die Streuung der Kraftstoffmenge, welche durch das erste Lager 39 strömt, und damit auch die Streuung der Belastbarkeit des ersten Lagers zu verringern, ist in Reihe mit dem ersten Lager 39 eine erste optionale Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 angeordnet. Diese erste Durchflussbegrenzungseinrichtung kann, wie in 1 angedeutet, als Drossel ausgebildet sein. Alternativ kann sie auch als Blende, oder als Stromregelventil ausgebildet sein.
Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass aufgrund der Fertigungstoleranzen beispielsweise am Durchmesser des Lagerzapfens (nicht dargestellt) der Antriebswelle 35 für das erste Lager 39 und der zugehörigen Lagerschale (nicht dargestellt) im Pumpengehäuse bei ungünstiger Toleranzlage die Kraftstoffmenge, welche durch das erste Lager 39 strömt, innerhalb einer Serie von Kraftstoffhochdruckpumpen 1 erheblich streuen kann. Dieser unerwünschte Effekt wird, falls erforderlich, durch die erfindungsgemäße erste Durchflußbegrenzungseinrichtung 47 auf ein unkritisches Maß verringert.
Durch die Reihenschaltung des ersten Lagers 39 und der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung kann gewährleistet werden, dass die Menge des Kraftstoffs, welche durch das erste Lager 39 strömt, innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Bereichs gehalten werden kann. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass der Strömungswiderstand der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 mit sehr hoher Genauigkeit eingestellt werden kann. Durch eine geeignete Abstimmung des Strömungswiderstands der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 und dem im Innenraum 38 herrschenden Druck kann bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 die durch das erste Lager 39 strömende Kraftstoffmenge bei allen Toleranzlagen, die bei der Serienfertigung auftreten, innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gehalten werden.
Bei Bedarf kann auch für das zweite Lager 41 eine geeignete zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen werden.
In der 1 ist im Kraftstoffzulauf 15 ein Filter vorgesehen, der auch die Funktion einer Dämpfungseinrichtung 49 übernimmt. Damit können eventuell auftretende Druckschwingungen im Niederdruckbereich gedämpft werden. Alternativ kann die Dämpfungseinrichtung 49 auch als Dämpfer mit einem Gaspolster ausgebildet sein oder entfallen.
Die erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckpumpe 1 hat unter anderem folgende Vorteile:
Durch die Anordnung des Druckregelventils 45 im Kraftstoffrücklauf 43 wird das im Innenraum 38 des Pumpengehäuses herrschende Druckniveau angehoben, was die Gefahr von Kavitation und die Gefahr der Dampfblasenbildung verringert.
Außerdem werden sowohl das erste Lager 39 als auch das zweite Lager 41 dadurch zwangsweise von Kraftstoff durchströmt, was deren Belastbarkeit sowohl bezüglich mechanischer als auch thermischer Beanspruchungen deutlich erhöht.
Eventuell auftretende Schwankungen der Durchflussmenge zwischen verschiedenen Exemplaren in Serie gefertigten erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpen 1 können durch eine in Reihe geschaltete erste Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 und/oder eine zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung reduziert werden.
Die zu Schmier- und Kühlzwecken durch das Pumpengehäuse und die Lager 39 und 41 strömende Kraftstoffmenge wird stark erhöht.
Eine Schmierdrossel zur Einstellung einer definierten Schmiermenge kann entfallen. Durch die großen Schmiermengen werden eventuell vorhandene Partikel schnell aus dem Innenraum geschwemmt.
Die Förderhöhe der Vorförderpumpe kann oftmals reduziert werden, was den Wirkungsgrad des Einspritzsystem verbessert.
In den nachfolgenden Figuren werden weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Kraftstoffhochdruckpumpen und erfindungsgemäßer Kraftstoffeinspritzsysteme ebenfalls als Blockschaltbild dargestellt. Dabei werden nur die wesentliche Unterschiede erläutert. Gleiche Bauteile werden mit gleichen Bezugszeichen versehen und es gilt das bezüglich der vorangegangenen Ausführungsbeispiele Gesagte entsprechend. In den 2 bis 7 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bauteile mit den Bezugszeichen gemäß 1 versehen und es wird bezüglich dieser Bauteile auf das im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel Gesagte verwiesen.
Der wesentliche Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 und dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 besteht darin, dass die erste Zweigleitung 17 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel vom Kraftstoffrücklauf 43 abzweigt. Dies bedeutet, dass der gesamte von der Vorförderpumpe 5 geförderte Kraftstoff durch den Kraftstoffzulauf 15 zunächst in den Innenraum 38 der Kraftstoffhochdruckpumpe gelangt und sich erst dort verzweigt. Dadurch wird eine noch bessere Durchströmung und Kühlung der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 erreicht.
Um eventuell auftretende Druckschwingungen im Niederdruckbereich zu dämpfen, ist im Kraftstoffrücklauf 43 eine Dämpfungseinrichtung 49 vorgesehen. Die Dämpfungseinrichtung 49 ist in Strömungsrichtung gesehen vor dem Druckregelventil 45 und der Zumesseinheit 19 angeordnet. Die Dämpfungseinrichtung 49 ist in der 2 als Filter mit erforderlichenfalls erhöhtem Strömungswiderstand (nicht dargestellt) ausgebildet. Alternativ dazu kann die Dämpfungseinrichtung 49 auch als Dämpfer mit einem Gaspolster ausgebildet sein. angeordnet ist.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß 3 entspricht in weiten Teilen dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass die Vorförderpumpe 5, anders als bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, nicht von einem Elektromotor (nicht dargestellt), sondern direkt von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Die Einzelheiten dieses Antriebs sind in 3 nicht dargestellt.
In Strömungsrichtung vor der Vorförderpumpe 5, nämlich zwischen dem Filter 7 und der Vorförderpumpe 5 ist eine Saugdrossel 51 vorgesehen, welche die Fördermenge der Vorförderpumpe 5 vor allem bei hohen Drehzahlen begrenzt.
Die Vorförderpumpe 5 kann als Flügelzellenpumpe oder als Innenzahnradpumpe, insbesondere als Gerotorpumpe, ausgebildet sein. Bei diesen Pumpen ist zwischen den sich drehenden Bauteilen und dem Pumpengehäuse ein Spalt vorhanden, der Leckageverluste verursacht. Diese Spalt ist in 3 durch das Symbol einer Drossel (siehe Bezugszeichen 53) dargestellt. Die durch den Spalt abfließende Leckagemenge wird durch eine Leckageleitung 55 abgeführt. Die Leckageleitung 55 versorgt bei diesem Ausführungsbeispiel das erste Lager 39 mit Kraftstoff.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine Absteuerleitung 56 vorgesehen, welche vom Druckregelventil 45 abgeht und stromaufwärts der Saugdrossel 51 in den Kraftstoffzulauf 15 mündet. Über die Absteuerleitung 56 wird die überschüssige Kraftstoffmenge aus der Druckregelung in den Zulauf 15 abgeführt.
Das erste Lager 39 wird aus dem Innenraum 38 mit Kraftstoff versorgt. Von der Leckageleitung 55 geht eine zweite Zweigleitung 57 ab, welche in den Kraftstoffrücklauf 43 mündet. Durch die zweite Zweigleitung 57 wird auch die Schmiermenge des ersten Lagers 39 abgeführt. In der zweiten Zweigleitung 57 kann eine Bypass-Drossel 59 vorgesehen sein.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckpumpe 1 dargestellt, das viele Parallelen zu dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß 3 aufweist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist an der Vorförderpumpe 5 eine Leckageleitung 55 angeordnet.
Das erste Lager 39 wird auch bei diesem Ausführungsbeispiel aus dem Innenraum 38 mit Kraftstoff versorgt. Von der Leckageleitung 55 geht eine zweite Zweigleitung 57 ab, welche in den Kraftstoffrücklauf 43 mündet. Durch die zweite Zweigleitung 57 wird auch die Schmiermenge des ersten Lagers 39 abgeführt. In der zweiten Zweigleitung 57 kann eine Bypass-Drossel 59 vorgesehen sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Zumesseinheit 19 im Kraftstoffzulauf 15 angeordnet, wie dies auch bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 der Fall ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 wird der Kraftstoffrücklauf 43 nicht in den Tank 3, wie bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2, sondern wie im dritten Ausführungsbeispiel in den Kraftstoffrücklauf 15 und zwar stromaufwärts der Saugdrossel 51 zurückgeführt.
Der wesentliche Unterschied des fünften Ausführungsbeispiels gemäß 5 zu dem vierten Ausführungsbeispiel gemäß 4 besteht darin, dass bei dem fünften Ausführungsbeispiel die Zumesseinheit 19 und die optionale Dämpfungseinrichtung 49 im Kraftstoffrücklauf 43 angeordnet ist. Dabei kann die Druckentlastung für die Bewegung des Kolbens des Druckregelventils 45 wahlweise in den Kraftstoffzulauf 15 oder den Kraftstoffrücklauf 43 angeschlossen werden.
Außerdem weist das Druckregelventil 45 eine gesonderte Absteuerleitung 56 aufweist, die, ähnlich wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel, vor der Saugdrossel 51 in den Kraftstoffzulauf 15 mündet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoffrücklauf 43 über die Rücklaufleitung 13 in den Tank 3 zurückgeführt. In einer dritten Zweigleitung 63, welche den Innenraum 38 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 mit dem Kraftstoffrücklauf 43 verbindet, ist eine zweite Bypass-Drossel 61 angeordnet. In Reihe zu der zweiten Bypass-Drossel 61 ist in der dritten Zweigleitung 63 noch ein Druckbegrenzungsventil 65 vorgesehen. Das Druckbegrenzungsventil 65 sorgt dafür, dass beim Überschreiten einer vorgegebenen Druckdifferenz zwischen dem Druck im Innenraum 38 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 und dem Kraftstoffrücklauf 43 die dritte Zweigleitung 63 geöffnet wird und somit der überschüssige Kraftstoff aus dem Innenraum 38 abströmen kann.
Bei dem sechsten Ausführungsbeispiel gemäß 6 mündet die Leckageleitung 55 in den Innenraum 38 des Pumpengehäuses. Das erste Lager 39 wird mit unter Druck stehendem Kraftstoff aus dem Innenraum 38 des Pumpengehäuses versorgt, der anschließend durch die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 strömt und dann in den Kraftstoffrücklauf 63 gelangt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffzumesseinheit 19 auf der Seite des Kraftstoffrücklaufs 43 angeordnet mit den bereits mehrfach erwähnten Vorteilen; sie kann jedoch auch auf der Seite des Kraftstoffzulaufs 15 angeordnet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 ist die Vorförderpumpe 5 als elektromotorische getriebene Kraftstoffpumpe ausgebildet, die in der Nähe des Tanks 3 angeordnet ist. Die Zumesseinheit 19 ist auf der Kraftstoffzulaufseite 15 der Kraftstoffhochdruckpumpe 1 angeordnet. Das Druckregelventil 45 ist eingangsseitig an den Kraftstoffzulauf 15 angeschlossen. Die Ausgangsseite des Druckregelventils 45 mündet in den Kraftstoffrücklauf 43. In den Kraftstoffrücklauf 43 mündet auch die dritte Zweigleitung 63 in der nicht nur eine zweite Bypass-Drossel, sondern auch eine Dämpfungseinrichtung 49, wie zum Beispiel einen Filter, angeordnet ist. Außerdem wird in den Kraftstoffrücklauf 43 auch der Kraftstoff, welche durch das erste Lager 39 und die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 strömt abgeführt. Entsprechendes gilt für das zweite Lager 41, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 7 mit einer zweiten Durchflussbegrenzungseinrichtung 67, deren Funktionsweise der ersten Durchflussbegrenzungseinrichtung 47 entspricht, versehen ist.

1: Kraftstoffhochdruckpumpe
3: Tank
5: Vorförderpumpe
7: Filter
9: Rail
11: Druckbegrenzungsventil
13: Rücklaufleitung
T: Temperatursensor
15: Kraftstoffzulauf
17: erste Zweigleitung
19: Zumesseinheit
21: Pumpenelement
23: Verteilleitung
25: Saugventil
27: Rückschlagventil
29: Kolben
31: Rollenstößel
33: Nocken
35: Antriebswelle
37: HD-Leitung
38: Innenraum der HD-Pumpe
39: erstes Lager
41: zweites Lager
43: Kraftstoffrücklauf
45: Druckregelventil
47: erste Durchflussbegrenzungseinrichtung
49: Dämpfungs-Einrichtung
51: Saugdrossel
53: Spalt zwischen Flügelzellenrad und Pumpengehäuse
55: Leckageleitung
56: Absteuerleitung
57: zweite Zweigleitung
59: erste Bypass-Drossel
61: zweite Bypass-Drossel
63: dritte Zeigleitung
65: Druckbegrenzungsventil
67: zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung

Claims

Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, mit einer Antriebswelle (35), wobei die Antriebswelle (35) in dem Pumpengehäuse durch ein erstes Lager (39) und ein zweites Lager (41) gelagert ist, mit mindestens einem bezüglich der Antriebswelle (35) radial angeordneten Pumpenelement (21), mit einem Kraftstoffzulauf (15), wobei eine Vorförderpumpe (5) Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf (15) fördert, mit einem Kraftstoffrücklauf (43), mit einer Zumesseinheit (19) zur Regelung der Fördermenge des oder der Pumpenelemente (21), und mit einem Druckregelventil (45), dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (45) im Kraftstoffrücklauf (43) angeordnet ist. (1 bis 6)
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (39) von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, und dass das erste Lager (39) sowohl mit dem Kraftstoffzulauf (15) als auch mit dem Kraftstoffrücklauf (43) hydraulisch in Verbindung steht.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Durchflussbegrenzungseinrichtung (47) vorgesehen ist, und dass die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung (47) in Reihe mit dem ersten Lager (39) geschaltet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem Pumpengehäuse, mit einer Antriebswelle (35), wobei die Antriebswelle (35) in dem Pumpengehäuse durch ein erstes Lager (39) und ein zweites Lager (41) gelagert ist, mit mindestens einem bezüglich der Antriebswelle (35) radial angeordneten Pumpenelement (21), mit einem Kraftstoffzulauf (15), wobei eine Vorförderpumpe (5) Kraftstoff in den Kraftstoffzulauf (14) fördert, mit einem Kraftstoffrücklauf (43), und mit einer Zumesseinheit (19) zur Regelung der Fördermenge des oder der Pumpenelemente (21), und mit einem im Kraftstoffzulauf (15) angeordneten Druckregelventil (45), dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (39) von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, dass das erste Lager (39) sowohl mit dem Kraftstoffzulauf (15) als auch mit dem Kraftstoffrücklauf (43) hydraulisch in Verbindung steht, dass eine erste Durchflussbegrenzungseinrichtung (47) vorgesehen ist, und dass die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung (47) in Reihe mit dem ersten Lager (39) geschaltet ist. (7) 5. Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (19) zwischen der Vorförderpumpe (5) und der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) im Kraftstoffzulauf (15) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumesseinheit (19) zwischen dem Druckregelventil (45) und der Kraftstoffhochdruckpumpe (1) im Kraftstoffrücklauf (43) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Durchflussbegrenzungseinrichtung (47) in Strömungsrichtung vor oder nach dem ersten Lager (39) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager (41) von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, und dass das zweite Lager (41) sowohl mit dem Kraftstoffzulauf (15) als auch mit dem Kraftstoffrücklauf (43) hydraulisch in Verbindung steht.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung (67) vorgesehen ist, und dass die zweite Durchflussbegrenzungseinrichtung (67) in Strömungsrichtung vor oder nach dem zweiten Lager (41) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckbegrenzungseinrichtung (47) und/oder die zweite Druckbegrenzungseinrichtung (67) als Drossel oder Blende ausgebildet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckbegrenzungseinrichtung (47) und/oder die zweite Druckbegrenzungseinrichtung (67) als Stromregelventil ausgebildet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (39) von unter Druck stehendem Kraftstoff geschmiert wird, und dass das erste Lager (39) von einer Leckageleitung (55) der Vorförderpumpe (5) mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. (7)
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Lager (39) und/oder das zweite Lager (41) als Gleitlager ausgebildet ist.
Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffanschluss (15) in einen Innenraum (38) des Pumpengehäuses mündet.
Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, mit einer Vorförderpumpe (5), mit einem Tank (3), mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe (1), mit einem Comnmon-Rail (9) und mit mindestens einem Injektor, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffhochdruckpumpe (1) eine Kraftstoffhochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) von einem Elektromotor angetrieben wird.
Kraftstoffeinspritzsystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (5) als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist.