DE102008042650A1

DE102008042650A1 - Radialkolbenpumpe zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff

Info

Publication number: DE102008042650A1
Application number: DE200810042650
Authority: DE
Inventors: Bernhard Arnold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-04-08

Abstract

Eine Radialkolbenpumpe zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff, umfassend zumindest einen von einem Nocken oder Exzenter (1) einer rotierenden Antriebswelle (2) in einem Zylinder eines Zylinderkopfes (3) hin- und herbewegbaren Kolben (4) mit einer eine Kolbenachse (5) umschließenden Zylinderfläche und einer Stirnseite, die einen Pumpenraum (6) des Zylinderkopfes (3) begrenzt. In den Pumpenraum (6) mündet eine ein Hochdruckventil (7) enthaltende Hochdruckleitung (8) mit einer zentral angeordneten, ersten Mündung (9) und eine ein Saugventil (10) enthaltende Ansaugleitung (11) mit einer zweiten Mündung (12), die zur ersten Mündung (9) radial außenseitig angeordnet ist, wobei das Hochdruckventil (7) und das Saugventil (10) zumindest anteilig in einem Einsatzkörper (13) enthalten sind, der oberhalb des Pumpenraums (6) dichtend in den Zylinderkopf (3) eingesetzt ist, wobei das Saugventil (10) ein dem Pumpenraum (6) zugewandtes Schließglied (14) aufweist, das durch eine erste Druckfeder (15) an die dem Pumpenraum (6) zugewandte Vorderseite (16) den Einsatzkörper (13) angedrückt ist, wobei die erste Druckfeder (15) auf einer umlaufenden Stufe (17) in dem Pumpenraum (6) abgestützt ist und wobei das Hochdruckventil (7) ein Schließglied (18) aufweist, das durch eine zweite Druckfeder (19) an eine von dem Pumpenraum (6) abgewandte Begrenzungsfläche des Einsatzkörpers (13) oder eines damit verbundenen Ventilgehäuses (24) angepresst ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung geht aus von einer Radialkolbenpumpe zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Stand der Technik
Eine solche Radialkolbenpumpe ist aus der DE 195 15 191 A1 bekannt. Der Pumpenraum ist dabei von zwei einander radial gegenüberliegenden Bohrungen, die sich quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens erstrecken, angeschnitten, die zum einen dem Ansaugen von frischem Kraftstoff und zum anderen dem Auspressen von hochverdichtetem Kraftstoff dienen. Die damit erzielbaren Pumpendrücke genügen nicht mehr den modernen Erfordernissen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat den Vorteil, dass sich bei Verwendung gleicher Werkstoffe für die Herstellung des Zylinderkopf s wesentlich höhere Pumpendrücke als bisher erzielen lassen, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich Schäden am Zylinderkopf ergeben. Drücke von mehr als 2000 bar sind problemlos erzielbar. Dies ist die Voraussetzung für einen noch besseren Verbrennungsprozess in der angeschlossenen Brennkraftmaschine und insbesondere die Erzielung einer weiteren Kraftstoffersparnis. Außerdem hat die Radialkolbenpumpe eine extrem kurze Baulänge in axialer Richtung. Sie lässt sich dadurch gleichgut als übliche Einspritzpumpen verwenden, die eine eigene Antriebswelle hat, sowie als Steckpumpe, deren Kolben durch eine externe Exzenter- oder Nockenwelle in eine hin- und hergegehende Bewegung versetzbar ist, beispielsweise eine Antriebswelle, die einen Bestandteil einer Verbrennungskraftmaschine bildet.
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe angegeben.
Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 2 wird eine extrem einfache Herstell- und Montierbarkeit erzielt.
Bei der Ausbildung gemäß Anspruch 3 steht ein extrem großer Durchlassquerschnitt des Einlassventils zur Verfügung. Daher genügen verhältnismäßig niedrige Pumpendrücke, um eine gute Füllung des Pumpenraums in Saughub zu erzielen. Die Einmündungen des Ansaugventils und des Hochdruckventils in den Pumpenraum sind in ein und dem selben Maschinenteil enthalten und dadurch sehr leicht herstellbar.
Durch die Anbringung der Radialbohrung in dem Einsatzkörper gemäß Anspruch 4 können Beschädigungen des Zylinderkopfes der Radialkolbenpumpe auch bei extremen Überdrücken nicht mehr eintreten. Treten Sie dennoch auf, dann ist ein Austausch des Einsatzkörpers mit wesentlich geringerem Aufwand verbunden als beim Austausch des Zylinderkopf s. Außerdem lässt sich der Einsatzkörper wegen seiner geringen Größe leichter herstellen und bearbeiten als der Zylinderkopf. Für seine Herstellung können wegen der geringeren Größe auch festere und damit teurere Werksstoffe verwendet werden als für das Zylinderkopf. Das Risiko einer unbeabsichtigten Beschädigung lässt sich dadurch sehr stark und kostengünstig senken.
In der Ausbildung von Anspruch 5 wird eine besonders einfach herstellbare Vorkammer gezeigt, die einerseits mit der Kraftstoffleitung und dem Tank und andererseits mit dem Einlassventil verbunden ist. Sie hat den Zweck, den Kraftstoff gleichmäßig in Umfangsrichtung zu verteilen und dadurch den Füllprozess des Pumpenraumes zu verbessern.
Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 6 wird eine besonders einfache Montierbarkeit des Einsatzkörpers in dem Zylinderkopf erhalten. Sie kann auch automatisch fehlerfrei erfolgen.
Durch die Ausbildung gemäß Anspruch 7 wird es entbehrlich, das Einlassventil gesondert mit der Kraftstoffzuleitung zu verbinden. Dies vereinfacht die Montage.
Zeichnung
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sie werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Radialkolbenpumpe in längsgeschnittener Darstellung, bei der der Kolben durch die Kraft einer vorgespannten Druckfeder unmittelbar auf einer Nockenwelle abgestützt ist.
2 einen abweichend zu 1 gestalteten Einsatzkörper für eine solche Radialkolbenpumpe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In den Zeichnungen bezeichnen übereinstimmende Bezugsziffern übereinstimmende Gegenstände.
1 zeigt eine Radialkolbenpumpe zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff, umfassend zumindest einen von einem Nocken oder Exzenter 1 einer rotierenden Antriebswelle 2 in einem Zylinder eines Zylinderkopfes 3 hin- und her bewegbaren Kolben 4 mit einer eine Kolbenachse 5 umschließenden Zylinderfläche und einer Stirnseite, die einen Pumpenraum 6 des Zylinderkopfes 3 begrenzt. In den Pumpenraum 6 mündet eine ein Hochdruckventil 7 enthaltende Hochdruckleitung 8 mit einer zentral angeordneten, ersten Mündung 9 und eine ein Saugventil 10 enthaltende Saugleitung 11 mit einer zweiten Mündung 12, die die erste Mündung 9 radial außenseitig, konzentrisch umschließt, wobei das Hochdruckventil 7 und das Saugventil 10 zumindest anteilig in einem Einsatzkörper 13 enthalten sind, der oberhalb des Pumpenraums 6 dichtend in den Zylinderkopf 3 eingesetzt ist, wobei das Saugventil 10 ein dem Pumpenraum 6 zugewandtes Schließglied 14 aufweist, das durch eine erste Druckfeder 15 an die dem Pumpenraum 6 zugewandte Vorderseite 16 des Einsatzkörpers 13 angedrückt ist, wobei die erste Druckfeder 15 auf einer umlaufenden Stufe 17 in dem Pumpenraums 6 abgestützt ist und wobei das Hochdruckventil 7 ein Schließglied 18 aufweist, das durch eine zweite Druckfeder 19 an eine von dem Pumpenraum 6 abgewandte Begrenzungsfläche des Einsatzkörpers 13 oder eines damit verbundenen Ventilghäuses 14 verpresst ist. Das Schließgleid 18 de Hochdruckventils ist durch eine Kugel gebildet, die von einer Druckfeder an einen hohlkegeligen Ventilsitz abhebbar angepresst ist.
In dem Einsatzkörper 13 sind die Hochdruckleitung 8 und die Saugleitung 11 derart zusammengeführt, dass nur Saugleitung 8 eine oder mehrere Verschneidungen aufweist, die außerhalb des mit Hochdruck beafschlagten Pumpenraumes 6 liegen. Die dem Pumpenraum 6 zugewandten Mündungen des Saugventils 12 und des Hochdruckventils 7 sind dabei konzentrisch und in derselben Radialebene zusammengelegt. Einsatzkörper 13 ist von extrem geringer Größe und kann daher aus extrem hochwertigem und festem Werkstoff bestehen, ohne dass sich besondere Mehrkosten ergeben. Dennoch Verschneidungen und daraus resultierende Kerbwirkungen von dem Zylinderkopf 3 völlig ferngehalten und es ist möglich, den Zylinderkopf 3 aus einem kostengünstigeren und weniger festen Werkstoff als den Einsatzkörper herzustellen. Er ist dadurch auch leichter zu bearbeiten.
Das Saugventil 10 und das Hochdruckventil 7 umschließen eine gemeinsame Achse konzentrisch, die die gedachte Verlängerung der Kolbenachse 5 kontinuierlich fortschreitend ergänzt. Die Einmündungen des Saugventils 10 und des Hochdruckventils in den Pumpenraum sind in ein und dem selben Maschinenteil enthalten und in derselben Radialebene angeordnet. Die Einmündungen sind dadurch sehr leicht und in nur einer Einspannung des Einsatzkörpers 13 herstellbar.
Der Einsatzkörper 13 weist an dem dem Pumpenraum 6 zugewandten Ende eine zentral angeordnete Bohrung auf, die die Mündung 9 des Hochdruckventils 7 bildet und einen die Bohrung konzentrisch umschließenden Ringspalt 20, der die Mündung 12 der Ansaugöffnung bildet. Der Ringspalt kann von großer radialer Weite sein, Zweckmäßig ist er durch mehrere in Umfangsrichtung verteilte Radialbohrungen 21 mit einer den radialen Außenumfang begrenzenden Vorkammer 22 verbunden und durch die Vorkammer 22 mit Kraftstoff versorgt. Anstelle des Ringspalts 20 können auch mehrere mit den Radialbohrungen 21 verbundene Längsbohrungen im Einsatzkörper 13 vorgesehen sein, die die Mündung der Ansaugöffnung bilden. Die Vorkammer 22 kann antelig in dem Einsatzkörper 13 und/oder dem Zylinderkopf 3 enthalten sein.
Die radiale Außenumfangsfläche des Einsatzkörpers 13 kann zur Bildung der Vorkammer 22 mit einer umlaufenden Eintiefung versehen und in einer Zylinderbohrung des Zylinderkopfes 3 aufgenommen sein. Zweckmäßig ist das Profil der Eintiefung konkav gestaltet. Die Festigkeit des Einsatzkörpers 13 wird durch eine solche Ausbildung am wenigsten geschwächt.
Die Zylinderbohrung ist in dem von Pumpenraum 6 und dem Einsatzkörper 13 abgewandten Bereich des Zylinderkopfes 3 zu einer Gewindebohrung radial erweitert, in die ein von der Hochdruckleitung 8 durchdrungener Fitting 23 eingeschraubt und mit in der Einsatzkörper 13 dichtend verpresst ist.
Zweckmäßig gelangt in der Gewindebohrung ein Feingewinde zur Anwendung. Dadurch lassen sich so große Anpresskräfte erzielen, dass sowohl der Fitting gegenüber dem Einsatzkörper 13 als auch der Einsatzkörper 13 gegenüber dem Zylinderkopf 3 dauerhaft und zuverlässig abgedichtet ist.
Das Zylinderkopf 3 ist mit einer als Bohrung ausgebildeten Kraftstoffleitung 11 versehen, die in die Vorkammer 22 mündet. Durch die Kraftstoffleitung wird dem Saugventil Kraftstoff aus dem Tank zugeführt. Der Einsatzkörper 13 besteht aus hochfestem, gehärtetem Stahl. Er lässt sich durch seine weitgehende Kompaktheit und den einfachen Aufbau getrennt von dem Zylinderkopf 3 in großen Stückzahlen kostengünstig in bester Qualität erzeugen.
2 zeigt eine Bauform des Einsatzkörpers 13, bei der das Hochduckventil 7 aus einer gesonderten Baueinheit besteht, die in eine stirnseitige Ausnehmung des Fittings 23 eingefügt und durch den Fitting 23 dichtend mit dem Einsatzkörper 13 verpresst ist. Beim Anziehen des Fittings 23 ergibt sich dabei zugleich eine dichtende Verpressung des Einsatzkörpers 13 mit dem Zylinderkopf 3.
Alle den Pumpenraum 4 unmittelbar berührenden Wandabschnitte des Einsatzkörpers 13 einschließlich der Bestandteile der Ventile 7, 10 der Radialkolbenpumpe sind auch dabei rotationssymmetrisch ausgebildet. Sie können daher in bezug auf die mechanischen Beanspruchungen exakt berechnet werden. Bei extrem sparsamen Werkstoffeinsatz gelingt es hierdurch, Pumpendrücke von mehr als 2.000 bar kontrolliert und langfristig zuverlässig zu beherrschen. Insbesondere eine Rissbildung im Bereich von Querbohrungen des Zylinderkopfes 3 wurde im langfristigen Dauerbetrieb und bei wechselnden Temperaturen nicht beobachtet.
Das Saugventil 10 mit seinem großen Querschnitt grenzt mit seienr Mündung 12 unmittelbar an den Pumpenraum 4 an, wodurch der Totraum der Radialkolbenpumpe auf das unerlässliche Mindestmaß reduziert ist und ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Das Hochdruckventil 7 ist innerhalb des Einsatzkörpers 13 angeordnet und hat nur einen sehr engen Querschnitt, der jedoch unter den im Arbeitshub der Radialkobenpumpe herrschenden Druckbedingungen zur Überführung des jeweils benötigten Kraftstoffvolumens in den Hochdruckspeicher genügt. Das geringe Totraumvolumen, dass sich durch die Beabstandung des Hochdruckventils 13 vom Pumpenraum 4 ergibt, ist erwünscht.
Das Schließglied 14 des Saugventils 10, das als flacher Ring oder als Hohlkegel ausgebildet sein kann, wird durch die Innenwandung des Pumpenraums 6 exakt zentrisch und damit funktionssicher geführt. Ein zusätzliches Bauteil wird für seine Führung nicht benötigt und zugleich eine besonders kurze Baulänge parallel zur Bewegungsachse 5 des Kolbens 4 erzielt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19515191 A1 [0002]

Claims

Radialkolbenpumpe zur Versorgung einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff, umfassend zumindest einen von einem Nocken oder Exzenter (1) einer rotierenden Antriebswelle (2) in einem Zylinder eines Zylinderkopfes (3) hin- und her bewegbaren Kolben (4) mit einer eine Kolbenachse (5) umschließenden Zylinderfläche und einer Stirnseite, die einen Pumpenraum (6) des Zylinderkopfes (3) begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pumpenraum (6) eine ein Hochdruckventil (7) enthaltende Hochdruckleitung (8) mit einer zentral angeordneten, ersten Mündung (9) und eine ein Saugventil (10) enthaltende Ansaugleitung (11) mit einer zweiten Mündung (12), die zur ersten Mündung (9) radial außenseitig angeordnet ist, dass das Hochdruckventil (7) und das Saugventil (10) zumindest anteilig in einem Einsatzkörper (13) enthalten sind, der oberhalb des Pumpenraums (6) dichtend in den Zylinderkopf (3) eingesetzt ist, dass das Saugventil (10) ein dem Pumpenraum (6) zugewandtes Schließglied (14) aufweist, das durch eine erste Druckfeder (15) an die dem Pumpenraum (6) zugewandte Vorderseite (16) den Einsatzkörpers (13) angedrückt ist, dass die erste Druckfeder (15) auf einer umlaufenden Stufe (17) in dem Pumpenraums (6) abgestützt ist und dass das Hochdruckventil (7) ein Schließglied (18) aufweist, das durch eine zweite Druckfeder (19) an eine von dem Pumpenraum (6) abgewandte Begrenzungsfläche des Einsatzkörpers (13) oder eines damit verbundenen Ventilgehäuses (24) angepresst ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Saugventil (10) und das Hochdruckventil (7) eine gemeinsame Achse konzentrisch umschließen, die die gedachte Verlängerung der Kolbenachse (5) kontinuierlich fortschreitend ergänzt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper (13) an dem dem Pumpenraum (6) zugewandten Ende eine zentral angeordnete Bohrung aufweist, die die Mündung (9) des Hochdruckventils (7) bildet und einen die Bohrung konzentrisch umschließenden Ringspalt (20), der die Mündung (12) des Saugventils (10) bildet.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (20) durch zumindest eine Radialbohrung (21) mit der radialen Außenumfangsfläche des Einsatzkörpers (13) verbunden ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Außenumfangsfläche des Einsatzkörpers (13) zur Bildung und/oder Erweiterung einer Vorkammer (22) mit einer umlaufenden Eintiefung versehen und dass der Einsatzkörpers (13) in einer Zylinderbohrung des Zylinderkopfes (3) aufgenommen ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruche 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrung in dem von Pumpenraum (6) und dem Einsatzkörper (13) abgewandten Bereich des Zylinderkopfes (3) zu einer Gewindebohrung radial erweitert ist und dass in die Gewindebohrung ein von der Hochdruckleitung (8) durchdrungener Fitting (23) eingeschraubt und mit dem Einsatzkörper (13) verpresst ist.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (3) mit einer als Bohrung ausgebildeten Kraftstoffleitung (11) versehen ist, die in die Vorkammer (22) mündet.
Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatzkörper (13) aus hochfestem, gehärtetem Stahl besteht.