DE102006022868A1

DE102006022868A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102006022868A1
Application number: DE200610022868
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2007-11-22

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei einer Brennkraftmaschine, mit Verdrängerhäuse 1 mit einem Verdichterraum 3, mit in einem Führungsraum 5 angeordnetem, hin- und herbewegbarem Kolben 6, mit einer ansaugseitigen, gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffs sperrenden, mit einer Kraftstoff-Zuführleitung 8 verbundenen Sperrvorrichtung 10 und mit einem mit einer Kraftstoff-Auslassleitung 12 verbundenen, druckseitgen Auslassventil 14. Erfindungsgemäß besteht die Sperrvorrichtung 10 aus einem im Bereich des unteren Totpunktes T des hin- und herbewegbaren Kolbens 6 im Verdrängergehäuse angeordneten, mit der Kraftstoff-Zuführleitung 8 verbundenen Kanal 16, welcher über eine Saugöffnung 18 in den Verdichterraum 3 mündet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei einer Brennkraftmaschine, mit Verdrängergehäuse mit einem Verdichterraum, mit in einem Führungsraum angeordneten hin- und herbewegbarem Kolben, mit einer ansaugseitigen, gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffs sperrenden, mit einer Kraftstoff-Zuführleitung verbundenen Sperrvorrichtung und mit einem, mit einer Kraftstoff-Auslassleitung verbundenen druckseitigen Auslassventil.
Bei Common-Rail-Hochdruckpumpen wird zur Steuerung des Kraftstoffvolumenstroms ein Einlass- und ein Auslassventil verwendet. Die beiden Ventile sind aufgrund der hohen Drücke, der hohen Drehzahlen und der Fluideigenschaften des Kraftstoffs sehr stark belastet. Dies führt einerseits zu Verschleißproblemen und andererseits zu erheblichen Kosten bezüglich der Herstellung und der Montage der für die einzelnen Elemente erforderlichen Präzisionsbauteile.
Bekannter Stand der Technik ist hierbei eine Radialkolbenpumpeneinheit, bei welcher das Einlassventil im rechten Winkel zur Hochachse des hin- und herbewegbaren Kolbens angeordnet ist ( DE 102 28 552 B4 ).
Weiterer Stand der Technik betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung, bei welcher das Einlassventil in derselben Hochachse liegt, wie die des hin- und herbewegbaren Kolbens.
Beiden, zum Stand der Technik zählenden Radialkolbenpumpen haften die vorgenannten Nachteile an, nämlich Verschleißprobleme und beträchtliche Herstellungs- und Montagekosten.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Konstruktion zu schaffen, bei welcher zumindest eines der beiden vorgenannten Ventile einfacher gestaltet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das bisher vorhandene Einlassventil, nämlich die Sperrvorrichtung, aus einem im Bereich des unteren Totpunktes des hin- und herbewegbaren Kolbens im Verdrängergehäuse angeordneten, mit der Kraftstoff-Zuführleitung verbundenen Kanal besteht, welcher in den Verdichterraum einmündet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer sehr einfachen Bauweise, weil statt des kostenaufwändigen Einlassventils lediglich ein Kanal erforderlich ist, welcher im Bereich des unteren Totpunktes des hin- und herbewegbaren Kolbens liegt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Kanal rechtwinklig zur Kraftstoff-Zuführleitung im Verdrängergehäuse angeordnet.
Erfindungsgemäß besteht darüber hinaus die Möglichkeit, dass der Öffnungsquerschnitt des Kanals im unteren Totpunkt und/oder die Geometrie des Kanals entsprechend der Maximalmenge des einströmenden Kraftstoffes und/oder des vorgegebenen Kennlinienverlaufs veränderbar ist. Es kann also vorteilhafterweise in Abhängigkeit von dem Öffnungsquerschnitt im unteren Totpunkt und der Geometrie des Kanals die Maximalmenge und der Kennlinienverlauf im gewünschten Sinn beeinflusst werden.
Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann der Spalt des Kolbens im Führungsraum so gewählt sein, dass Minimalspiel in der oberen Hälfte an der der Saugöffnung des Kanals zugewandten Seite vorliegt. Die Paarung zwischen dem Kolben und dem Führungsraum soll also vorteilhafterweise so gestaltet werden, dass das geringste Spiel in der oberen Hälfte (der Saugbohrung zugewandten Seite) auftritt.
Die vorgenannte Forderung lässt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhafterweise dadurch realisieren, dass der zylindrisch ausgebildete Kolben einen kleineren und einen größeren Durchmesser aufweist, wobei sich der größere Durchmesser im Bereich der Saugöffnung des Kanals befindet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Möglichkeit, eine konische Gestaltung des rotationssymmetrisch ausgebildeten Führungsraums vorzusehen.
Bei Pumpen mit mehreren Verdrängern ergibt sich aufgrund der normalen Fertigungsungenauigkeiten das Problem, dass die einzelnen Verdrängereinheiten aufgrund der unterschiedlichen Nutzhübe auch unterschiedliche Hubraumvolumen generieren. Hierdurch entsteht eine nicht zulässige Pulsation. Um diesen Nachteil aufzuheben, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Einstellbarkeit des Kolbenhubs geschaffen wird. Es kann hierbei zunächst eine Vermessung der relevanten Merkmale des Öffnungsquerschnitts des Kanals errechnet werden, wobei mit der Auswahl einer entsprechenden Kolbenlänge oder z.B. dem Einlegen einer an sich bekannten Distanzscheibe der Nutzhub einfach im gewünschten Sinne eingestellt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Verdrängereinheit einer Radialkolbenpumpe,
2 eine gebrochene Darstellung mit Distanzscheibe.
In 1 ist ein Teil einer Radialkolbenpumpe dargestellt, welche zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei einer Brennkraftmaschine dient, insbesondere bei einem Common-Rail- Einspritzsystem. Diese Radialkolbenpumpe weist ein Verdrängergehäuse 1 mit einem Verdichterraum 3 auf. In dem Verdrängergehäuse 1 befindet sich in einer als Führungsraum 5 ausgebildeten Kolbenbohrung ein hin- und herbewegbarer Kolben 6. Dieser Kolben 6 kann z.B. durch eine an sich bekannte, nicht näher dargestellte, exzentrisch ausgebildete Antriebswelle angetrieben werden, um die vorgenannte Hin- und Herbewegung zu erzeugen.
In dem Verdrängergehäuse 1 befindet sich darüber hinaus eine Kraftstoff-Zuführleitung 8, welche mit einer ansaugseitigen, gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffs sperrenden Sperrvorrichtung 10 verbunden ist.
In dem Verdrängergehäuse 1 befindet sich darüber hinaus ein mit einer Kraftstoff-Auslassleitung 12 verbundenes, druckseitiges, an sich bekanntes Auslassventil 14, über welches der verdichtete Kraftstoff in nicht näher dargestellter Weise, beispielsweise zu einem Common-Rail-System geführt werden kann.
Bisher zählte es zum Stand der Technik, die Sperrvorrichtung 10 in Form eines, aus vielen Teilen bestehenden Einlassventils zu gestalten. Erfindungsgemäß besteht nun die Sperrvorrichtung aus einem im Bereich des unteren Totpunktes T des hin- und herbewegbaren Kolbens 6 im Verdrängergehäuse 1 angeordneten Kanal 16. Dieser Kanal 16 liegt vorteilhafterweise rechtwinklig zur Kraftstoff-Zuführleitung 8 im Verdrängergehäuse 1. Wie erkennbar, mündet der Kanal 16 über eine Saugöffnung 18 in den Verdichterraum 3.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt:
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 6 wird zunächst ein Unterdruck aufgebaut, welcher dazu führt, dass der Kraftstoff im Verdrängerraum 3 verdampft. Nach dem Öffnen des Kanals 16, d.h. nach Freigabe der Saugöffnung 18, kann über die Kraftstoff-Zuführleitung 8 Kraftstoff in den Verdichterraum 3 einströmen.
Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 6 wird die Saugöffnung 18 und damit der Kanal 16 wieder geschlossen, so dass Überdruck aufgebaut und der Kraftstoff verdrängt werden kann.
Abhängig von dem Öffnungsquerschnitt im unteren Totpunkt T und der Geometrie des Kanals 16 kann hierbei die Maximalmenge und der Kennlinienverlauf beeinflusst werden.
Die Sitzpaarung zwischen dem Kolben 6 und dem vorzugsweise als Zylinder ausgebildeten Führungsraum 5 ist hierbei so zu wählen, dass das geringste Spiel in der oberen Hälfte an der der Saugöffnung 18 zugewandten Seite auftritt. Dies lässt sich vorteilhafterweise dadurch erreichen, dass bei symmetrischen Kolben dieser einen kleineren und einen größeren Durchmesser aufweist, wobei der größere Durchmesser in Richtung der Saugöffnung 18 angeordnet ist. Alternativ besteht z.B. auch die Möglichkeit, den Führungsraum konisch zu gestalten.
Bei Radialkolbenpumpen mit mehreren Verdrängern ergibt sich aufgrund der normalen Fertigungsungenauigkeiten die Problematik, dass die einzelnen Verdränger aufgrund der unterschiedlichen Nutzhübe auch unterschiedliche Hubvolumen generieren. Dadurch ergibt sich eine nicht zulässige Pulsation.
Um diesen Nachteil zu beheben, besteht die Möglichkeit, über die Vermessung der relevanten Merkmale die Öffnungsquerschnitte des Kanals 16 und der Saugöffnung 18 vorab zu berechnen.
Mit der Auswahl einer entsprechenden Länge der jeweiligen Kolben 6 oder durch Einlegen einer an sich bekannten Distanzscheibe 20 nach 2 besteht anschließend die Möglichkeit, den Nutzhub entsprechend einzustellen.
Die Distanzscheibe 20 kann als zusätzliches Bauteil ausgebildet sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, das untere Bauteil 22 mit einer Kolbenfußscheibe auszustatten. Beide Elemente werden auf definierte Höhe geschliffen. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise der Nutzhub gegenüber der Saugöffnung 18 optimal einstellen, d.h. die gewünschte Fördermenge variieren.
Zusammenfassend ergibt sich der Vorteil, dass das kostenaufwändige und verschleißanfällige Einlassventil entfallen kann, wodurch eine Ersparnis im Bauraum und in den anzusetzenden Kosten erzielt wird. Darüber hinaus sind weniger Fehler und Ausfälle zu erwarten, da weniger Bauteile in dem Verdrängergehäuse verbaut werden müssen.

Claims

Radialkolbenpumpe zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei einer Brennkraftmaschine, mit Verdrängergehäuse (1) mit einem Verdichterraum (3), mit in einem Führungsraum (5) angeordneten, hin- und herbewegbaren Kolben (6), mit einer ansaugseitigen, gegen die Strömungsrichtung des Kraftstoffs sperrenden, mit einer Kraftstoff-Zuführleitung (8) verbundenen Sperrvorrichtung (10) und mit einem, mit einer Kraftstoff-Auslassleitung (12) verbundenen, druckseitigen Auslassventil (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrvorrichtung (10) aus einem im Bereich des unteren Totpunktes (T) des hin- und herbewegbaren Kolbens (6) im Verdrängergehäuse (1) angeordneten, mit der Kraftstoff-Zuführleitung (8) verbundenen Kanal (16) besteht, welcher über eine Saugöffnung (18) in den Verdichterraum (3) einmündet.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (16) rechtwinklig zur Kraftstoff-Zuführleitung (8) im Verdrängergehäuse (1) angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Kanals (16) im unteren Totpunkt (T) und/oder die Geometrie des Kanals (16) entsprechend der Maximalmenge des einströmenden Kraftstoffs und/oder dem vorgegebenen Kennlinienverlauf veränderbar ist.
Radialkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz des Kolbens (6) im Führungsraum (5) so gewählt ist, dass Minimalspiel in der oberen Hälfte an der der Saugöffnung (18) des Kanals (16) zugewandten Seite vorliegt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zylindrisch ausgebildete Kolben (6) einen kleineren und einen größeren Durchmesser aufweist, wobei sich der größere Durchmesser im Bereich der Saugöffnung (18) des Kanals (16) befindet.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch konische Gestaltung des rotationssymmetrisch ausgebildeten Führungsraums (5).
Radialkolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einstellbarkeit des Kolbenhubs.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eine Distanzscheibe (20), welche im Führungsraum (5) unterhalb des Kolbens (6) angeordnet ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Verdrängergehäuse (1) im unteren Bereich abschließendes Bauteil (22) mit einer Kolbenfußscheibe versehen ist, welche in den Führungsraum (5) unterhalb des Kolbens (6) ragt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzscheibe (20) oder die Kolbenfußscheibe auf eine definierte Höhe geschliffen sind.