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Die
Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Förderung eines Fluids.
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Kraftstoffeinspritzsysteme
von Verbrennungskraftmaschinen weisen einen motornahen Hochdruckspeicher
oder eine Speicherleitung auf, aus dem beziehungsweise aus der die
einzelnen Kraftstoffeinspritzventile gespeist werden. Diese Hochdruckspeicher
werden oftmals als Common-Rail bezeichnet. Die Einspritzsysteme
für Brennkraftmaschinen
weisen üblicherweise
verschiedene Pumpen auf, durch die Kraftstoff gefördert wird,
um in Brennräume
der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Die Pumpen sollen
den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck präzise bereitstellen
können
und sind dabei mechanischen Belastungen ausgesetzt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Pumpenanordnung anzugeben,
die einem geringen Verschleiß unterliegt.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Eine
Pumpenanordnung zur Förderung
eines Fluids umfasst eine Pumpe, die eingerichtet ist, Fluid aus
einem Fluidtank zu fördern.
Die Pumpenanordnung umfasst eine weitere Pumpe, die der ersten Pumpe
hydraulisch nachgeordnet ist. Die weitere Pumpe weist ein Gehäuse mit
einem Kurbelraum auf. In dem Kurbelraum ist eine Antriebswelle angeordnet.
Die Antriebswelle ist in dem Kurbelraum durch ein Kurbellager und
ein weiteres Kurbellager gelagert. Die Ausgangsseite der Pumpe ist
mit dem Kurbelraum hydraulisch gekoppelt, um das Lager und das weitere
Lager mit dem Fluid zu schmieren. Die Ansaugseite der Pumpe ist
mit dem Lager und dem weiteren Lager hydraulisch gekoppelt, um das
Fluid aus dem Lager und dem weiteren Lager abführen zu können.
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Der
Kurbelraum umfasst einen Exzenterraum. Das Kurbellager und das weitere
Kurbellager können
jeweils axial neben dem Exzenterraum angeordnet sein. Dadurch kann
eine relativ gute Lagerung der Antriebswelle im Kurbelraum erreicht
werden.
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Der
Druck auf das Fluid kann in dem Exzenterraum größer sein, als der Druck auf
das Fluid an dem Kurbellager und dem weiteren Kurbellager. Die Druckdifferenz
zwischen dem Exzenterraum und den Kurbellagern kann durch die Pumpe
herbeigeführt werden.
So wird eine relativ gute Schmierung beider Kurbellager ermöglicht.
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Die
Pumpenanordnung kann eine Drossel umfassen, die stromabwärts der
Pumpe angeordnet ist. Die Pumpenanordnung kann weiterhin ein Ventil umfassen,
das stromabwärts
der Pumpe angeordnet ist. Mit der Drossel und dem Ventil können jeweils
die Druckdifferenzen zwischen dem Exzenterraum und den Kurbellagern
gesteuert werden. So kann ein relativ großer Volumenstrom des Fluids
an den Kurbellagern eingestellt werden und die Lagerung der Antriebswelle
verbessert werden.
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Die
Antriebswelle der weiteren Pumpe kann eine Verbindungsleitung aufweisen.
Ein Ende der Verbindungsleitung kann mit dem Kurbellager hydraulisch
gekoppelt sein und ein weiteres Ende mit der Ansaugseite der Pumpe.
Die Verbindungsleitung kann einen Bereich aufweisen, der entlang
der Längsrichtung
der Antriebswelle ausgerichtet ist und einen weiteren Bereich, der
quer zu dem Bereich ist. So kann das Fluid relativ einfach aus dem
Kurbellager geführt
werden.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden
in Verbindung mit den 1 bis 3 erläuterten
Beispielen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild einer Pumpenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine
schematische Darstellung einer Pumpenanordnung gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
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3 eine
schematische Darstellung einer Pumpenanordnung gemäß einer
weiteren Ausführungsform.
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1 zeigt
eine Pumpe 101, die mit einem Fluidtank 102 hydraulisch
gekoppelt ist. Stromabwärts
der Pumpe 101 ist eine weitere Pumpe 110 zur Förderung
des Fluids in einen Druckspeicher 103 angeordnet.
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Die
Pumpe 101 ist ausgangsseitig mit einem Ventil 105 hydraulisch
gekoppelt. Zwischen der Pumpe 101 und der weiteren Pumpe 110 ist
ein weiteres Ventil 106 angeordnet. Das weitere Ventil 106 ist
beispielsweise ein Volumenstromsteuerventil, mit dem der Fluidfluß von der
Pumpe 101 in die weitere Pumpe 110 einstellbar
ist. Stromabwärts
der Pumpe 101 und stromaufwärts des weiteren Ventils 106 zweigt eine
Spülleitung 109 ab.
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Die
Pumpe 101 ist eingerichtet, Fluid aus dem Fluidtank zu
fördern.
Die Pumpe 101 und die weitere Pumpe 110 können mit
einer Antriebswelle, die mit einer Motorwelle beispielsweise einer
Brennkraftmaschine gekoppelt sein kann, mechanisch angetrieben werden.
Es ist jedoch auch möglich,
eine elektrisch betriebene Pumpe 101 einzusetzen und dadurch
die Steuerung der Förderleistung
der Pumpe 101 unabhängig
von anderen Bauelementen zu machen, beispielsweise ist die Förderleistung
der Pumpe 101 in einem Ausführungsbeispiel unabhängig von
der Förderleistung
der weiteren Pumpe 110.
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Das
Ventil 105 ist beispielsweise ein Vordrucksteuerventil,
durch das bei Überschreiten
eines vorgegebenen Fluiddrucks an der Ausgangsseite der Pumpe 101 ein
Teil des von der Pumpe 101 geförderten Fluids zur Ansaugseite
der Pumpe zurückge führt werden
kann. Dadurch kann der Druck an der Ausgangsseite der Pumpe 101 begrenzt
werden.
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Die
Spülleitung 109 mündet ausgangsseitig in
das Gehäuse
der weiteren Pumpe 110. In der Spülleitung 109 ist eine
Drossel 104 und hydraulisch in Serie hierzu ein Spülleitungsventil 108 angeordnet. Die
Drossel 104 kann den Fluidstrom durch die Spülleitung 109 begrenzen. Über das
Spülleitungsventil 108 kann
der Fluidstrom über
die Spülleitung 109 freigegeben
werden, wenn ein vorgegebener Fluiddruck an der Ausgangsseite der
Pumpe 101 überschritten
wird. Es ist erforderlich, dass Fluid nicht über die Spülleitung 109 abgezweigt
wird, so lange der Druckaufbau an der Ansaugseite der weiteren Pumpe 110 nicht
abgeschlossen ist, um den Druckaufbau an der Ansaugseite der weiteren
Pumpe 110 nicht zu verzögern.
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Das über die
Spülleitung 109 zur
Kühlung und
Schmierung der weiteren Pumpe 110 in das Pumpengehäuse der
weiteren Pumpe 110 geführte Fluid
kann über
eine Rückführleitung 111 und
eine weitere Rückführleitung 112 aus
dem Gehäuse
der weiteren Pumpe 110 abgeführt werden. Die Rückführleitung 111 und
die weitere Rückführleitung 112 sind
hydraulisch mit der Ansaugseite der Pumpe 101 gekoppelt.
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Die
weitere Pumpe 110 ist mittels einer weiteren Leitung, die
ein wiederum weiteres Ventil 107 umfasst, mit dem Fluidtank 102 gekoppelt.
Das wiederum weitere Ventil 107 ist beispielsweise ein Drucksteuerventil,
das abhängig
von einem vorgegebenen Fluiddruck gesteuert werden kann. Bei Überschreiten
eines vorgegebenen Fluiddrucks in dem Druckspeicher 103 kann
das Ventil öffnen
und einen Teil des von der weiteren Pumpe 110 geförderten
Fluids in den Fluidtank 102 zurückführen.
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Die
Pumpenanordung kann weitere Elemente umfassen, beispielsweise weitere
Ventile oder Sensoren. Zum Schutz der Pumpen und der Ventile können an
geeigneten Stellen Filter angeordnet sein. Zum Beispiel kann zum
Schutz der Pumpe 101 hydrau lisch zwischen dem Fluidtank 102 und
der Pumpe 101 ein Filter vorgesehen sein.
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Die
Pumpe 101 fördert
Fluid aus dem Fluidtank 102. Das Fluid ist beispielsweise
ein Kraftstoff und der Fluidtank dementsprechend ein Kraftstofftank.
Der Druck am Ausgang der Pumpe 101 wird durch das Ventil 105 eingestellt.
Das Fluid gelangt über
das Volumenstromsteuerventil 106 zur weiteren Pumpe 110.
Durch das Volumenstromsteuerventil 106 wird der weiteren
Pumpe 110 so viel Fluid zur Verfügung gestellt, wie vom Druckspeicher 103 benötigt wird.
Durch die weitere Pumpe 110 wird das Fluid über eine
Zuleitung an den Druckspeicher 103 geliefert. Von dem Druckspeicher
wird das Fluid beziehungsweise der Kraftstoff beispielsweise an
Injektoren geführt
und von diesen in Brennräume
einer Brennkraftmaschine eingespritzt. Der für den Druckspeicher 103 erforderliche
Fluiddruck wird durch das Drucksteuerventil 107 festgelegt.
Steigt der Druck im Druckspeicher 103 zu stark an oder
soll der Druck im Druckspeicher gezielt verringert werden, kann
mittels des Drucksteuerventils 107 über die Leitung Fluid in den
Fluidtank 102 abgelassen werden.
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Über die
Spülleitung 109 wird
von der Pumpe 101 Fluid in das Gehäuse der weiteren Pumpe 110 gepumpt.
Die Menge beziehungswiese der Volumenstrom und/oder der Druck des
zugeführten
Fluids kann über
die Drossel 104 bestimmt werden und wird zudem über das
Ventil 105 gesteuert. Das Fluid, das über die Spülleitung 109 in die
weitere Pumpe geführt wurde,
schmiert in der weiteren Pumpe 110 Kurbellager einer Antriebswelle
der weiteren Pumpe. Das Fluid schmiert mindestens zwei Lager der
Antriebswelle. Eines dieser Lager ist über die Rückführleitung 111 mit
der Ansaugseite der Pumpe 101 verbunden, das zweite dieser
Lager ist mit der weiteren Rückführleitung 112 mit
der Ansaugseite der Pumpe 101 verbunden. Die Pumpe 101 saugt über die
Rückführleitungen 111 und 112 das
Fluid aus den Kurbellagern der weiteren Pumpe 110. Die
Spülung
der Kurbellager mit Fluid kann durch die Pumpe 101, dem
Ventil 105 und der Drossel 104 gesteuert werden.
Die Schmierung der Kur bellager beziehungsweise der Volumenstrom
des Fluids zur Schmierung der Kurbellager ist daher unabhängig von
anderen Größen im Fluidkreislauf,
beispielsweise dem Druck am Ventil 107.
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2 zeigt
eine Pumpe 201, einen Fluidtank 202, ein Ventil 205 und
ein weiteres Ventil 206. Hydraulisch zwischen dem weiteren
Ventil 206 und der Pumpe 201 zweigt eine Spülleitung 209 ab.
Diese weist eine Drossel 205 und ein Spülleitungsventil 208 auf.
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Es
ist eine weitere Pumpe 210 gezeigt, die ein Gehäuse 211,
einen Kurbelraum 212, eine Antriebswelle 213,
ein Kurbellager 214, ein weiteres Kurbellager 215 und
einen Exzenterraum 216 aufweist. Eine Rückführleitung 217 und
eine weitere Rückführleitung 218 sind
mit dem Kurbelraum 212 und der Pumpe 201 hydraulisch
gekoppelt.
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Die
Pumpe 201 ist eingerichtet, Fluid aus dem Fluidtank 202 zu
fördern,
um das Fluid über
das Ventil 206 an die weitere Pumpe 210 zu fördern. Das Ventil 206 ist
beispielsweise ein Volumendrucksteuerventil zur Steuerung der Fluidmenge,
die an die weitere Pumpe 210 geliefert wird. Von der weiteren Pumpe 210 kann
das Fluid in einen nicht gezeigten Druckspeicher geführt werden,
beispielsweise in einen Druckspeicher einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
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Die
weitere Pumpe 210 wird von der Antriebswelle 213 angetrieben.
Die Antriebswelle ist in dem Gehäuse 211 innerhalb
des Kurbelraums 212 angeordnet. Zwischen dem Gehäuse 211 und
der Antriebswelle 213 sind die Kurbellager 214 und 215 angeordnet.
Diese sollen die Reibung zwischen der Antriebswelle und dem Gehäuse verringern.
Die Kurbellager verringern eine Wärmebildung und den mechanische
Verschleiß.
Die Lager 214 und 215 sind in Längsrichtung
der Antriebswelle jeweils neben dem Exzenterraum 216 angeordnet.
In dem Exzenterraum ist ein Abschnitt der Antriebswelle angeordnet, der
eine Bewegung eines Pumpenkolbens bewirken kann. Der Abschnitt der
Antriebs welle in dem Exzenterraum weist eine exzenterförmige Ausformung
auf. Wenn die Antriebswelle eine Nockenwelle ist, können die
Nocken in dem Exzenterraum angeordnet sein. In axialer Richtung
ist die Reihenfolge entlag der Antriebswelle: Kurbellager 214,
Exzenterraum 216, weiteres Kurbellager 215.
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Von
der Pumpe 201 wird Fluid über die Leitung 209 in
den Exzenterraum 216 gepumpt. Die Menge des Fluids kann über die
Drossel 204 sowie über
das Ventil 205 gesteuert werden. Ein Teil des Fluid, das
in den Exzenterraum 216 gepumpt wurde, wird über die
Rückführleitung 217 aus
dem Lager 214 abgesaugt. Ein weiterer Teil des Fluids,
das in den Exzenterraum 216 gepumpt wurde, wird aus dem weiteren
Lager 215 über
die Rückführleitung 218 abgesaugt.
Das Fluid wird aus dem Exzenterraum 216 über die
Lager 214 und 215 von der Pumpe 201 abgesaugt.
Die Rückführleitung 217 ist
mit dem Lager 214 hydraulisch gekoppelt, das Lager 215 ist
mit der weiteren Rückführleitung 218 hydraulisch
gekoppelt. Sowohl das Lager 214 als auch das weitere Kurbellager 215 können von
dem Fluid, das von der Pumpe 201 in den Kurbelraum 212 gepumpt
wird, geschmiert werden. Das Fluid zur Schmierung wird über zwei
Rückführleitungen,
die benachbart zu den Kurbellagern 214 und 215 hydraulisch
mit dem Kurbelraum 212 gekoppelt sind, von der Pumpe 201 aus dem
Kurbelraum 212 abgesaugt.
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Durch
die Pumpe 201 wird erwirkt, dass der Druck, mit dem das
Fluid beaufschlagt ist, in dem Exzenterraum 216 höher ist
als als an dem Kurbellager 214 und dem weiteren Kurbellager 215.
Die resultierende Druckdifferenz zwischen dem Exzenterraum 216 und
dem Kurbellager 214 sowie dem Exzenterraum 216 und
dem weiteren Kurbellager 215 kann über die Drossel 204 und über das
Ventil 205 gesteuert werden.
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3 zeigt
eine Pumpe 301 und weitere Pumpe 310. Die Pumpe 310 umfasst
ein Gehäuse 311,
einen Kurbelraum 312, eine Antriebswelle 313, ein
Kurbellager 314, ein weiteres Kurbellager 315,
einen Exzenterraum 316 und eine Verbindungsleitung 317,
die einen ersten Bereich 318 sowie einen zweiten Bereich 319 aufweist.
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Die
Pumpe 301 ist eingerichtet, Fluid, beispielsweise Kraftstoff,
aus einem Tank zu fördern. Die
Pumpe 301 stellt das Fluid der weiteren Pumpe 310 mit
einem bestimmten Druck zu Verfügung.
Die Pumpe 310 kann das Fluid mit einem höheren Druck beaufschlagen,
beispielsweise für
einen Drucktank einer Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel
werden die Pumpe 301 und die weitere Pumpe 310 von
der Antriebswelle 313 angetrieben.
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Die
Antriebswelle ist innerhalb des Pumpengehäuses 311 in dem Kurbelraum 312 angeordnet. Der
Kurbelraum 312 weist den Exzenterraum 316 auf,
in dem ein vorspringender Bereich der Antriebswelle zum Antrieb
eines Pumpenkolbens angeordnet ist. Die Antriebswelle 313 ist
von dem Gehäuse 311 über die
Lager 314 und 315 entkoppelt. Die Lager sind beispielsweise
Gleitlager und reduzieren die Reibung zwischen dem Gehäuse 311 und
der Antriebswelle 313. Das Lager 314 ist in eine
erste Richtung neben dem Exzenterraum 316 angeordnet, das weitere
Lager 315 ist in einer zweiten Richtung, die der ersten
Richtung entgegen gerichtet ist, neben dem Exzenterraum 316 angeordnet.
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Von
der Pumpe 301 kann Fluid in den Exzenterraum 316 gepumpt
werden. Das Fluid kann aus dem Exzenterraum 316 über das
Lager 315 von der Pumpe 301 aus dem Kurbelraum 312 abgepumpt werden.
Das Fluid fließt
dabei in dem Lager 315 zwischen der Antriebswelle und dem
Gehäuse 311.
Um aus dem Exzenterraum 316 Fluid an das Lager 315 zu
führen,
muss der Druck im Bereich des weiteren Kurbellagers 315 niedriger
sein als der Druck im Exzenterraum 316. Dies wird durch
die Pumpe 301 erreicht, die Fluid in den Exzentrraum pumpt
und aus dem Bereich der Kurbellager absaugt.
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Um
aus dem Exzenterraum 316 Fluid an das Lager 314 zu
führen,
muss der Druck an dem Bereich des Lagers 314 niedriger
sein als der Druck im Exzenterraum 316. Das Fluid wird über die
Verbindungsleitung 317 aus dem Kurbelraum 312 im
Bereich des Lagers 314 von der Pumpe 301 abgesaugt. Ein
Ende der Verbindungsleitung 317 ist mit der Pumpe 301 hydraulisch
gekoppelt, ein weiteres Ende der Verbindungsleitung 317 ist
mit dem Kurbelraum 312 im Bereich des Kurbellagers 314 hydraulisch
gekoppelt.
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Die
Verbindungsleitung 317 ist über den Bereich 319,
der quer zur axialen Richtung der Antriebswelle 313 ausgerichtet
ist, mit dem Lager 314 beziehungsweise dem Kurbelraum 312 gekoppelt.
Der Bereich 319 der Verbindungsleitung 317 ist
an einer Seite des Lagers 314 mit dem Kurbelraum 312 hydraulisch
gekoppelt, die dem Exzenterraum 316 entgegengesetzt ist.
Dadurch wird das Fluid aus dem Exzenterraum 316 durch das
Lager 314 geführt.
Die Verbindungsleitung 317 weist den Bereich 318 auf, der
im Wesentlichen in axialer Richtung innerhalb der Antriebswelle 313 verläuft. Die
Verbindungsleitung 317 ist beispielsweise in die Antriebswelle
gebohrt. Ein Ende des Bereichs 318 ist mit der Ansaugseite der
Pumpe 301 hydraulisch gekoppelt, das andere Ende mit dem
Bereich 319. So kann die Pumpe 301 über die
Verbindungsleitung 317 Fluid aus dem Exzenterraum 316 durch
das Lager 314 pumpen. Die Verbindungsleitung 317 hat
zudem die Wirkung einer Drossel, die das Kurbellager 314 gegenüber Druckspitzen
schützt.
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- 101
- Pumpe
- 102
- Fluidtank
- 103
- Druckspeicher
- 104
- Drossel
- 105
- Ventil
- 106
- Ventil
II
- 107
- Ventil
III
- 108
- Spülleitungsventil
- 109
- Spülleitung
- 110
- weitere
Pumpe
- 111
- Rückführleitung
I
- 112
- Rückführleitung
II
- 201
- Pumpe
- 202
- Fluidtank
- 204
- Drossel
- 205
- Ventil
- 206
- Ventil
II
- 208
- Spülleitungsventil
- 209
- Spülleitung
- 210
- weitere
Pumpe
- 211
- Gehäuse
- 212
- Kurbelraum
- 213
- Antriebswelle
- 214
- Kurbellager
- 215
- weiteres
Kurbellager
- 216
- Exzenterraum
- 217
- Rückführleitung
I
- 218
- Rückführleitung
II
- 301
- Pumpe
- 310
- weitere
Pumpe
- 311
- Gehäuse
- 312
- Kurbelraum
- 313
- Antriebswelle
- 314
- Kurbellager
- 315
- weiteres
Kurbellager
- 316
- Exzenterraum
- 317
- Verbindungsleitung
- 318
- Bereich
I
- 319
- Bereich
II