DE102007021593A1 - Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Mittels einer Verbindungseinheit wird ein Innenrad einer Niederdruckvorförderpumpe mit einer Antriebswelle kraftschlüssig und formschlüssig verbunden. Die Verbindungseinheit ist derart ausgelegt, dass sie einen Winkelversatz und/oder einen parallelen Versatz und/oder einen radialen Versatz der Innenradachse und der Antriebswellenachse erlaubt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für ein Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
• In Kraftstoffeinspritzsystemen, wie z. B. dem Common Rail Einspritzsystem, werden zur Befüllung des Hochdruckspeichers Kraftstoffpumpen eingesetzt. Dabei sind in Kraftstoffstoffpumpen der heutigen Bauart in der Regel Niederdruckvorförderpumpen integriert, die die Versorgung des Hochdruckpumpenteils der Kraftstoffpumpe mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank sicherstellen, wobei die Niederdruckvorförderpumpen vorzugsweise als Flügelzellenpumpen oder Gerotorpumpen ausgebildet sind. Sowohl bei der Flügelzellenpumpe als auch bei der Gerotorpumpe wird ein Innenrad über eine Antriebswelle des Hochdruckpumpenteils angetrieben. Auf die Antriebswelle wirken während des Betriebs der Kraftstoffpumpe erhebliche Kräfte ein. Diese können durch einen Hochdruckkolben innerhalb des Hochdruckpumpenteils oder durch einen externen Antrieb der Kraftstoffpumpe erzeugt werden.
• Da sich auf Grund der auf die Antriebswelle einwirkenden Kräfte die Antriebswelle durchbiegen kann, wird das fest mit der Antriebswelle verbundene Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe der Bewegung der Antriebswelle folgen, so dass es zu einer Schrägstellung des Innenrads kommen kann. Um einen hohen Wirkungsgrad der Niederdruckvorförderpumpe sicherzustellen, muss die Lagerung des Innenrads sehr genau sein, weil selbst bei einer geringen Schrägstellung des Innenrads ein störender Reibkontakt des Innenrads mit dem Niederdruckvorförderpumpengehäuse erfolgt, was zu erheblichem Verschleiß führt.
• Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht nun darin, den aufgrund einer möglichen Schrägstellung des Innenrads im Niederdruckvorförder-pumpengehäuse auftretenden Verschleiß zu verringern.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
• Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch eine Verbindungseinheit zwischen der Antriebswelle des Hochdruckpumpenteils und des Innenrads der Niederdruckvorförderpumpe die Antriebswelle mechanisch weitestgehend von der Niederdruckvorförderpumpe entkoppelt wird. Daher werden montagebedingte und/oder betriebsbedingte Winkelversätze und/oder achsiale Versätze und/oder radiale Versätze der Antriebswellenachse und der Innenradachse durch die Verbindungseinheit ausgeglichen und somit die Schrägstellung des Innenrads verringert.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass durch eine Verwendung von Kunststoff-Spritzgussteilen für das Niederdruckvorförderpumpengehäuse und einen Niederdruckvorförderpumpendeckel Fertigungskosten gespart werden können. Weiterhin reduziert der Einsatz von Kunststoff-Spritzgussteilen das Gesamtgewicht der Kraftstoffpumpe.
• Ferner ermöglicht der Einsatz einer Dämpfungseinheit, wie z. B. eines Elastomers, in der Verbindungseinheit zwischen der Antriebswelle und des Innenrads, die dynamische Belastung der Niederdruckvorförderpumpe infolge der ungleichförmigen Belastung der Antriebswelle der Hochdruckpumpe zu reduzieren.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht in dem flexiblen Aufbau der Kraftstoffpumpe. So kann diese je nach Kundenanforderung auch ohne eine Niederdruckvorförderpumpe gefertigt werden, ohne Änderungen am Kraftstoffpumpengehäuse durchführen zu müssen. Die Kraftstoffpumpe würde sich daher hauptsächlich aus dem Hochdruckteil der Kraftstoffpumpe zusammensetzen. Dabei würde die Bohrung, die zur Aufnahme der Niederdruckvorförderpumpe vorgesehen ist, durch einen Stopfen verschlossen werden.
• Weiterhin besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Niederdruckvorförderpumpe in einem eigenen separaten Gehäuse vormontiert werden kann. Durch diese Baugruppenfertigung sowohl der Niederdruckvorförderpumpe, als auch der Hochdruckpumpe lässt sich der Zusammenbau der gesamten Kraftstoffpumpe vereinfachen. Ferner ist sowohl die Niederdruckvorförderpumpe, als auch die Hochdruckpumpe jeweils separat prüfbar.
• Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
• 1: eine Schnittansicht einer Verbindungseinheit zwischen einer Niederdruckvorförderpumpe und einer Antriebswelle einer Hochdruckpumpe in einer ersten Ausführungsart,
• 2: eine Schnittansicht einer Verbindungseinheit zwischen einer Niederdruckvorförderpumpe und einer Antriebswelle einer Hochdruckpumpe in einer zweiten Ausführungsart.
• 1 zeigt eine Schnittansicht einer Verbindungseinheit zwischen einer Niederdruckvorförderpumpe und einer Antriebswelle 1 einer Hochdruckpumpe in einer ersten Ausführungsart. Die Niederdruckvorförderpumpe mit einem Niederdruckvorförderpumpengehäuse 11 wird durch einen Deckel 10 fest mit einem Kraftstoffpumpengehäuse 12 verschlossen. Sowohl der Deckel 10 als auch das Niederdruckvorförderpumpengehäuse 11 sind aus einem Kunststoff-Spritzguss gefertigt. Ferner weist die Niederdruckvorförderpumpe ein Innenrad auf, das zwischen dem Niederdruckvorförderpumpengehäuse 11 und dem Deckel 10 angeordnet ist.
• Mittels einer Antriebseinheit, vorzugsweise einer Antriebswelle 1, einer nicht dargestellten Hochdruckpumpe, wird ein Drehmoment auf das Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe ü bertragen. Die Drehmomentübertragung zwischen der Antriebswelle 1 und dem Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe erfolgt über ein mit dem Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe und der Antriebswelle 1 in Kontakt stehende Verbindungseinheit 13.
• Als besonders vorteilhaft hat sich dabei eine Kupplungseinheit, wie z. B. eine Bogenzahnkupplung erwiesen, da diese sowohl einen achsialen und/oder einen radialen und/oder einen Winkelversatz der Antriebswellenachse und der Innenradachse erlaubt, so dass auf diese Weise eine Schrägstellung des Innenrads im Niederdruckvorförderpumpengehäuse 11 verhindert wird. Das Innenrad weist in dieser Ausführungsform einen Innenrotor 16 und einen Außenrotor 17 auf, wobei der Außenrotor 17 in dem Niederdruckvorförderpumpengehäuse 11 und/oder dem Deckel 10 und der Innenrotor 16 auf der Antriebswelle 1 gelagert ist. Ferner weist der Innenrotor 16 auf dem zur Antriebswelle 1 weisenden Ende Zähne der Kupplungseinheit auf, die in gegengeformte Zähne der Kupplungseinheit der Antriebswelle 1 eingreifen. Am gegenüberliegenden Ende weist der Innenrotor 16 gleichmäßig über den Umfang verteilte weitere Zähne auf, die in gegengeformte Zähne des Außenrotors 17 eingreifen. Die Drehmomentübertragung der Antriebswelle 1 auf den Innenrotor 16 wird dadurch sichergestellt, dass die Zähne der Kupplungseinheit, die mit der Antriebswelle 1 in Verbindung steht, in die entsprechend gegengeformten Zähne der Kupplungseinheit, die mit dem Innenrotor 16 in Verbindung steht, eingreifen.
• Der Kraftstoffzulauf der Kraftstoffpumpe erfolgt über den Deckel 10 in eine Saugniere 14, die einer Seite des Innenrads zugewandt ist. Aufgrund der Drehbewegung des Innenrotors 16 erfolgt eine Verdichtung des Kraftstoffs im Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe. Der Kraftstoff strömt dann über eine Druckniere 15, die z. B. diametral zur Saugniere 14 der anderen Seite des Innenrads zugewandt ist, aus dem Innenrad in einen Ringkanal 19.
• Ein Einströmen des Kraftstoffs durch die Saugniere 14 in das Innenrad ist nur dann möglich, wenn sich der Innenrotor 16 in einer Position befindet, bei der die Zähne des Innenrotors 16 nicht in die gegengeformten Zähne des Außenrotors 17 eingreifen. Somit entsteht ein Zwischenspalt 18 zwischen dem Innenrotor 16 und dem Außenrotor 17, in den der Kraftstoff aus der Saugniere 14 einfließen kann. In dieser Position des Innenrotors 16 kann hingegen kein Kraftstoff über die Druckniere 15 abfließen, da die Zähne des Innenrotors 16 in die gegengeformten Zähne des Außenrotors 17 eingreifen und somit kein Spalt zwischen dem Innenrotor 16 und dem Außenrotor 17 entsteht.
• Damit ein Ausströmen des Kraftstoffs über die Druckniere möglich ist, muss der Innenrotor 16 solange gedreht werden, bis die Zähne des Innenrotors 16 nicht in die gegengeformten Zähne des Außenrotors 17 eingreifen, so dass erneut ein Zwischenspalt zwischen dem Innenrotor 16 und dem Außenrotor 17 entsteht, über den Kraftstoff in die Druckniere abfließen kann. In einer solchen Position des Innenrotors 16 ist ein Einströmen von Kraftstoff über die Saugniere nicht möglich, da hier die Zähne des Innenrotors 16 vollständig in die gegengeformten Zähne des Außenrotors 17 eingreifen und somit kein Spalt, in den der Kraftstoff aus der Saugniere einfließen könnte, zwischen dem Innenrotor 16 und dem Außenrotor 17 entsteht.
• Der Ringkanal 19 wird zum Hochdruckpumpengehäuse 12 mittels einer Dichteinheit, wie z. B. O-Ringe, abgedichtet. Ausgehend vom Ringkanal strömt der Kraftstoff, je nach Pumpentyp, in einen Zulauf eines Volumenstromregelventils oder zum Saugventil eines Hochdruckzylinders.
• 2 zeigt eine Schnittansicht einer Verbindungseinheit 2 zwischen einer Niederdruckvorförderpumpe und einer Antriebswelle einer Hochdruckpumpe in einer zweiten Ausführungsart. Die Verbindungseinheit 2 steht dabei sowohl mit dem Innenrad der Niederdruckvorförderpumpe als auch mit der in der 2 nicht dargestellten Antriebswelle in Kontakt und ermöglicht so eine Drehmomentenübertragung der Antriebswelle auf das Innenrad.
• Bei der Verbindungseinheit 2 in dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird eine Zwischeneinheit 23 zwischen das Innenrad und die nicht dargestellte Antriebswelle eingefügt, über welche die Drehmomentenübertragung erfolgt. Dabei ist die Zwischeneinheit 23 an einem Ende 21 kraftschlüssig und formschlüssig mit dem Innenrad verbunden. An dem gegenüberliegenden Ende 22 der Zwischeneinheit 23 ist die nicht dargestellte Antriebswelle mittels z. B. einer Bogenzahnkupplung mit der Zwischeneinheit 23 verbunden.
• Aufgrund der Bogenzahnkupplung ist ein achsialer und/oder ein Winkelversatz und/oder ein radialer Versatz der nicht dargestellten Antriebswellenachse und der Achse der Zwischeneinheit 23 möglich, ohne dass es zu einer Schrägstellung des Innenrads im Niederdruckvorförderpumpengehäuse kommt. Ferner bietet die kraftschlüssige und formschlüssige Verbindung des einen Endes der Zwischeneinheit mit dem Innenrad den Vorteil, dass der Montageaufwand verringert wird.

Claims (6)

1. Kraftstoffpumpe bestehend aus einem Hochdruckpumpenteil und einer ein Innenrad aufweisenden Niederdruckvorförderpumpe, die über eine Antriebseinheit des Hochdruckpumpenteils antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenrad mit der Antriebseinheit über eine Verbindungseinheit verbindbar ist, die einen achsialen Versatz und/oder einen radialen Versatz und/oder einen Winkelversatz der Innenradachse und der Achse der Antriebseinheit ausgleicht.
2. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit als Kupplungseinheit ausgebildet ist, bei der das Innenrad an dem der Antriebswelle zugewandten Ende Zähne der Kupplungseinheit aufweist, die an einem Ende der Antriebseinheit in dort entsprechend gegengeformte Zähne der Kupplungseinheit eingreifen.
3. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit als Zwischeneinheit ausgebildet ist, die zwischen der Kraftstoffvorförderpumpe und der Antriebseinheit angeordnet ist, wobei die Zwischeneinheit an ihrem einen Ende kraftschlüssig und formschlüssig mit dem Innenrad verbunden ist und an dem dazu gegenüberliegendem Ende Zähne aufweist, die in entsprechend gegengeformte Zähne auf der Antriebseinheit eingreifen.
4. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckvorförderpumpe in einem eigenen Gehäuse angeordnet ist, und dieses Gehäuse mit einem Kraftstoffpumpengehäuse befestigbar ist.
5. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederdruckvorförderpumpengehäuse aus Kunststoff besteht.
6. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit eine Dämpfungseinheit aufweist.