DE102008000711A1

DE102008000711A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102008000711A1
Application number: DE200810000711
Authority: DE
Inventors: Friedrich Boecking
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-09-24
Also published as: WO2009115354A1

Abstract

Eine Hochdruckpumpe (1) für eine Brennkraftmaschine (31) ist insbesondere als Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen ausgestaltet. Die Hochdruckpumpe (1) weist eine Pumpenbaugruppe (9) und eine Antriebswelle (3) auf, wobei die Antriebswelle (3) einen der Pumpenbaugruppe (9) zugeordneten Nocken (9) umfasst. Dabei ist die Antriebswelle (3) mit einer Drehzahl (UA) angetrieben, die größer als eine Kurbelwellendrehzahl (UK) einer Kurbelwelle (37) der Brennkraftmaschine (31) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
Aus der DE 102 47 142 A1 ist eine Hochdruckpumpe für eine Brennstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt. Die bekannte Hochdruckpumpe weist ein Pumpengehäuse auf, in dem drei Pumpenelemente angeordnet sind, die gleichmäßig über einen Umfang in Bezug auf eine Achse einer Antriebswelle verteilt sind. Dabei wird durch die Pumpenelemente Brennstoff unter Hochdruck über ein Hochdruckkanalsystem zu einem gemeinsamen Hochdruckanschluss gefördert. Das Pumpengehäuse weist einen Gehäusekörper und für jedes Pumpenelement einen dieses abdeckenden, mit dem Gehäusekörper verbundenen Gehäusedeckel auf. Durch die bekannte Hochdruckpumpe kann Brennstoff unter Hochdruck von bis zu 200 MPa (2000 bar) gefördert werden.
Die aus der DE 102 47 142 A1 bekannte Hochdruckpumpe hat den Nachteil, dass die Ausgestaltung des Pumpengehäuses aufwändig ist, da drei abzudichtende Bohrungen für die Pumpenelemente vorzusehen sind, das Hochdruckkanalsystem aufwändig ist und unterschiedlich ausgestaltete Gehäusedeckel für die einzelnen Pumpenelemente erforderlich sind. Ferner werden drei Pumpenelemente und somit eine hohe Anzahl an Bauteilen benötigt. Die Herstellung der bekannten Hochdruckpumpe erfordert daher einen hohen Aufwand.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 5 haben den Vorteil, dass ein Aufbau der Hochdruckpumpe vereinfacht und somit die Herstellungskosten verringert sind. Speziell kann ein sehr hoher Wirkungsgrad bei einem einfachen Aufbau erzielt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Hochdruckpumpe und der im Anspruch 5 angegebenen Brennstoffeinspritzanlage möglich.
In vorteilhafter Weise ist genau eine Pumpenbaugruppe vorgesehen und der Nocken der Antriebswelle, der der Pumpenbaugruppe zugeordnet ist, als Einfachnocken ausgestaltet. Eine solche Hochdruckpumpe mit genau einem Zylinder ermöglicht einen sehr einfachen Aufbau, wobei hohe Drehzahlen erlaubt sind, so dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann.
In vorteilhafter Weise ist ein Übersetzungsfaktor der Drehzahl der Antriebswelle in Bezug auf die Kurbelwellendrehzahl der Brennkraftmaschine näherungsweise gleich 2. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Antriebswelle der Hochdruckpumpe direkt an eine Ausgleichswelle der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angesetzt ist.
Vorteilhaft ist es auch, dass eine Übersetzungseinheit vorgesehen ist, die einerseits mit einer Welle der Brennkraftmaschine verbindbar ist und andererseits mit der Antriebswelle der Hochdruckpumpe verbunden ist und dass die Übersetzungseinheit einen Übersetzungsfaktor von der Kurbelwelle auf die Antriebswelle von größer als 1 vorgibt. Insbesondere ist es vorteilhaft, dass eine Übersetzung mit einem Übersetzungsfaktor von 1,5 oder 2 für eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern oder von 4/3 oder 8/3 für eine Brennkraftmaschine mit drei Zylindern vorgegeben ist. Durch solche hohen Übersetzungen kann die notwendige Zahl von Hüben der Pumpenbaugruppe der Hochdruckpumpe bei sehr hohem Wirkungsgrad und einfachem Aufbau gewährleistet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
1 eine Hochdruckpumpe in einer auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer Brennkraftmaschine entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
3 eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Hochdruckpumpe und einer Brennkraftmaschine entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Hochdruckpumpe 1 in einer auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Achse 2 einer Antriebswelle 3 ist dabei senkrecht zu der Schnittebene orientiert. Die Hochdruckpumpe 1 dient für eine Brennkraftmaschine und kann insbesondere als Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz der Hochdruckpumpe 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einer Brennstoffverteilerleiste 4 (2), einem sogenannten Common-Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
Die Hochdruckpumpe 1 weist ein mehrteiliges Gehäuse 5 auf, das einen Grundkörper 6 und einen Zylinderkopf 7 umfasst. In dem Gehäuse 5 ist die Antriebswelle 3 auf geeignete Weise gelagert. Die Antriebswelle 3 weist genau einen Nocken 8 auf, der einer Pumpenbaugruppe 9 zugeordnet ist. Die Pumpenbaugruppe 9 ist dabei in eine Bohrung 10 in dem Grundkörper 6 des Gehäuses 5 eingesetzt. Dabei weist die Hochdruckpumpe 1 vorzugsweise genau eine Pumpenbaugruppe 9 auf, so dass die Anzahl der benötigten Bauteile optimiert ist.
Der Zylinderkopf 7 des Gehäuses 5 der Hochdruckpumpe 1 weist einen Ansatz 11 auf, der sich in die Bohrung 10 des Grundkörpers 6 erstreckt. In dem Ansatz 11 ist eine exzentrische Zylinderbohrung 12 vorgesehen, in der ein Kolben 13 der Pumpenbaugruppe 9 geführt ist. Dabei ist der Kolben 13 in einer radialen Richtung entlang einer radialen Achse 14, die senkrecht zu der Achse 2 orientiert ist, verschiebbar gelagert. Der Kolben 13 begrenzt einen Pumpenarbeitsraum 15 der Zylinderbohrung 12.
In dem Gehäuse 5 ist ein als Niederdruckzulauf dienender Brennstoffkanal 16, 16' vorgesehen, der abschnittsweise durch den Grundkörper 6 und abschnittsweise durch den Zylinderkopf 7 führt. Über ein Einlassventil 17 kann Brennstoff aus dem Brennstoffkanal 16, 16' in den Pumpenarbeitsraum 15 gelangen. Ferner ist ein Auslassventil 18 vorgesehen, über das Brennstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 15 zu einem Hochdruckanschluss 19 der Hochdruckpumpe 1 förderbar ist.
Der Kolben 13 der Pumpenbaugruppe 9 weist einen Bund 20 auf, der an einem Rollenschuh 21 der Pumpenbaugruppe 9 anliegt. Der Rollenschuh 21 nimmt eine Rolle 22 auf, die im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 an einer Lauffläche 23 des Nockens 8 entlang läuft.
Die Pumpenbaugruppe 9 weist außerdem einen hohlzylinderförmigen Stößelkörper 24 auf, der in der Bohrung 10 des Grundkörpers 6 geführt ist. Der Stößelkörper 24 weist einen innenliegenden Ansatz 25 auf, an dem eine Mitnahmescheibe 26 anliegt. Ein Federelement 27 beaufschlagt die Mitnahmescheibe 26 gegen den Ansatz 25, wobei die Mitnahmescheibe 26 außerdem an dem Bund 20 des Kolbens 13 anliegt, um den Kolben 13 an seinem Bund 20 an dem Rollenschuh 21 zu halten. Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 wird dadurch gewährleistet, dass auch bei hohen Drehzahlen eine zuverlässige Anlage des Bundes 20 des Kolbens 13 an dem Rollenschuh 21 sowie ein Anliegen der Rolle 22 sowohl an dem Rollenschuh 21 als auch an der Lauffläche 23 gewährleistet ist.
Im Betrieb der Hochdruckpumpe 1 erfolgt somit eine periodische Hin- und Herbewegung des Kolbens 13 in der Zylinderbohrung 12, wobei ein Einfließen von Brennstoff in den Pumpenarbeitsraum 15 aus dem Brennstoffkanal 16, 16' über das Einlassventil 17, eine anschließende Komprimierung des Brennstoffes im Pumpenarbeitsraum 15 und eine Abgabe des komprimierten Brennstoffs über das Auslassventil 18 und den Hochdruckanschluss 19 erfolgt. Dabei rotiert die Antriebswelle mit einer erhöhten Drehzahl U_A, so dass sich eine große Zahl von Hüben des Kolbens 13 pro Zeiteinheit bei sehr hohem Wirkungsgrad ergibt.
2 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 30 und eine Brennkraftmaschine 31. Die Brennstoffeinspritzanlage 30 weist die in 1 gezeigte Hochdruckpumpe 1 auf und ist entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel ausgestaltet. Die Brennstoffeinspritzanlage 30 weist eine als Niederdruckpumpe ausgestaltete Vorförderpumpe 32 auf, die Brennstoff aus einem Tank 33 über eine Brennstoffleitung 16'' in den Brennstoffkanal 16, 16' der Hochdruckpumpe 1 fördert. Der Hochdruckanschluss 19 der Hochdruckpumpe 1 ist über eine Hochdruckleitung 34 mit der Brennstoffverteilerleiste 4 verbunden. Im Betrieb fördert die Hochdruckpumpe 1 unter hohem Druck stehenden Brennstoff durch die Hochdruckleitung 34 zu der Brennstoffverteilerleiste 4, die den unter hohem Druck stehenden Brennstoff speichert.
Die Brennstoffverteilerleiste 4 ist über mehrere Hochdruckleitungen 35 mit Brennstoffeinspritzventilen 36 verbunden, wobei in der 2 zur Vereinfachung der Darstellung nur die Hochdruckleitung 35 und das Brennstoffeinspritzventil 36 gekennzeichnet sind. Die Brennstoffeinspritzventile 36 sind im montierten Zustand in Bohrungen der Brennkraftmaschine 31 eingesetzt. In dem darstellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 31 vier Zylinder auf, so dass die Hochdruckverteilerleiste 4 mit vier Brennstoffeinspritzventilen 36 verbunden ist.
Die Brennkraftmaschine 31 weist eine als Kurbelwelle ausgestaltete Welle 37 auf, die im Betrieb mit einer Kurbelwellendrehzahl U_K rotiert. Ferner ist eine Übersetzungseinheit 38 vorgesehen, die einerseits mit der Kurbelwelle 37 und andererseits mit der Antriebswelle 3 verbunden ist. Die Übersetzungseinheit 38 gewährleistet eine Übersetzung der Drehzahl U_K der Kurbelwelle 37 zu einer Drehzahl U_A der Antriebswelle 3 mit einem Übersetzungsfaktor i von größer als 1 und kleiner oder gleich 2. Speziell kann ein Übersetzungsfaktor i von 1,5 oder von 2 für die Brennkraftmaschine 31 mit vier Zylindern gewählt sein. Wird beispielsweise ein Übersetzungsfaktor i von 2 gewählt, dann ergibt sich für die Drehzahl U_A der Antriebswelle 3 das Doppelte der Kurbelwellendrehzahl U_K der Kurbelwelle 37. Es können aber auch andere Übersetzungsfaktoren gewählt sein. Beispielsweise kann für eine Brennkraftmaschine 31 mit drei Zylindern auch eine Übersetzung von größer als 2 gewählt sein, wie es anhand der 3 beschrieben ist.
Bei der in der 2 dargestellten Brennstoffeinspritzanlage 30 kann die Hochdruckpumpe 1 auch auf andere Weise mit der Brennkraftmaschine 31 verbunden werden. Beispielsweise kann die Antriebswelle 3 direkt mit einer als Ausgleichswelle ausgestalteten Welle 37 der Brennkraftmaschine 31 verbunden sein, die in Bezug auf die Kurbelwelle bereits übersetzt ist, beispielsweise mit einem Übersetzungsfaktor i von 2.
3 zeigt eine Brennstoffeinspritzanlage 30 und eine Brennkraftmaschine 31 entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine von der Brennkraftmaschine 31 unabhängige Antriebseinheit 40 vorgesehen. Die Antriebseinheit 40 stellt somit einen separaten Antrieb dar, der zum Antreiben der Hochdruckpumpe 1 über die Antriebswelle 3 dient. Die Antriebseinheit 40 kann beispielsweise als Elektromotor ausgestaltet sein. Dabei erfolgt mittels eines Sensors 41 eine Drehzahlbestimmung der Kurbelwellendrehzahl U_K der Kurbelwelle 37 der Brennkraftmaschine 31. Die von dem Sensor 41 ermittelte Kurbelwellendrehzahl U_K und ein vorgegebener Übersetzungsfaktor i stellen Eingangsgrößen für die Antriebseinheit 40 dar, die auf Grundlage des Übersetzungsfaktors i und der Kurbelwellendrehzahl U_K die Antriebswelle 3 mit einer bestimmten Drehzahl U_A antreibt. Beispielsweise kann die Antriebseinheit 40 die Drehzahl U_A der Antriebswelle 3 als Produkt aus dem Übersetzungsfaktor i und der Kurbelwellendrehzahl U_K bestimmen: UA = i·UK
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Brennkraftmaschine 31 mit drei Zylindern ausgestaltet. Dementsprechend sind drei Brennstoffeinspritzventile 36 vorgesehen, die mit der Brennstoffverteilerleiste 4 verbunden sind. In diesem Fall ist ein Übersetzungsfaktor i von 4/3, das heißt näherungsweise 1,33, oder 8/3, das heißt näherungsweise 2,67, von Vorteil.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10247142 A1 [0002, 0003]

Claims

Hochdruckpumpe (1) für eine Brennkraftmaschine (31), insbesondere Brennstoffpumpe für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen, mit einer Pumpenbaugruppe (9) und einer Antriebswelle (3), die einen der Pumpenbaugruppe (9) zugeordneten Nocken (8) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) mit einer Drehzahl (U_A) antreibbar ist, die größer als eine Kurbelwellendrehzahl (U_K) der Brennkraftmaschine (31) ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Pumpenbaugruppe (9) vorgesehen ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (8) der Antriebswelle (3), der der Pumpenbaugruppe (9) zugeordnet ist, als Einfachnocken ausgestaltet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übersetzungsfaktor (i) für die Drehzahl (U_A) der Antriebswelle (3) in Bezug auf die Kurbelwellendrehzahl (U_K) zumindest näherungsweise gleich 2 ist.
Brennstoffeinspritzanlage (30) für eine Brennkraftmaschine (31), insbesondere Einspritzanlage von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckpumpe (1), die eine Pumpenbaugruppe (9) und eine Antriebswelle (3) aufweist, wobei ein Nocken (8) der Antriebswelle (3) der Pumpenbaugruppe (9) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) der Hochdruckpumpe (1) mit einer Drehzahl (U_A) antreibbar ist, die größer als eine Kurbelwellendrehzahl (U_K) der Brennkraftmaschine (31) ist.
Brennstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Brennkraftmaschine (31) unabhängige Antriebseinheit (40) vorgesehen ist, die die Antriebswelle (3) in Bezug auf die Kurbelwellendrehzahl (U_K) der Brennkraftmaschine (31) mit einer höheren Drehzahl (U_A) antreibt.
Brennstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Übersetzungseinheit (38) vorgesehen ist, die einerseits mit einer Welle (37) der Brennkraftmaschine (31) verbindbar ist und andererseits mit der Antriebswelle (3) der Hochdruckpumpe (1) verbunden ist, und dass die Übersetzungseinheit (38) einen Übersetzungsfaktor (i) von der Kurbelwelle auf die Antriebswelle (3) von größer als 1 vorgibt.
Brennstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinheit (38) einen Übersetzungsfaktor (i) der Drehzahl (U_A) der Antriebswelle (3) der Hochdruckpumpe (1) in Bezug auf die Kurbelwellendrehzahl (U_K) von etwa 1,5 oder etwa 2 für eine Brennkraftmaschine (31) mit vier Zylindern vorgibt.
Brennstoffeinspritzanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzungseinheit (38) einen Übersetzungsfaktor (i) der Drehzahl (U_A) der Antriebswelle (3) der Hochdruckpumpe (1) in Bezug auf die Kurbelwellendrehzahl (U_K) von etwa 4/3 oder 8/3 für eine Brennkraftmaschine (31) mit drei Zylindern vorgibt.
Brennstoffeinspritzanlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) der Hochdruckpumpe (1) mit einer Ausgleichswelle (37) der Brennkraftmaschine (31) verbindbar ist.