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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe für ein Common-Rail-Einspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Im Stand der Technik sind verschiedene Typen von Hochdruckpumpen für Common-Rail-Einspritzsysteme bekannt, bei denen der Antrieb des Pumpenkolbens durch die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine erfolgt.
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Eine derartige Hochdruckpumpe ist beispielsweise aus
DE 103 22 604 A1 bekannt. Die als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe ist dabei zumindest teilweise in dem Gehäuse der Brennkraftmaschine angeordnet, so dass die Nockenwelle der Brennkraftmaschine den Kolben der Radialkolbenpumpe über Rollen- oder Tassenstößel antreiben kann.
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Auch in
DE 10 2005 033 634 A1 ist eine Radialkolbenpumpe beschrieben, bei welcher ein Pumpenkolben durch eine externe Nocken- oder Exzenterwelle einer Brennkraftmaschine beaufschlagt wird.
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Nachteilig ist bei den bekannten Hochdruckpumpen für Common-Rail-Einspritzsysteme jedoch, dass bei derartig auf die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine geflanschten Hochdruckpumpen nur eine kleine Antriebsdrehzahl und somit ein geringer Wirkungsgrad erreicht werden kann.
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Daher ist es notwendig, eine Hochdruckpumpe für ein Common-Rail-System zu schaffen, die die Antriebsleitung der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine optimal nutzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Hochdruckpumpe für ein Common-Rail-Einspritzsystem vorgesehen, welche eine Pumpenwelle aufweist, deren Drehbewegung über zumindest einen Nocken in eine Hubbewegung zumindest eines Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe umgesetzt wird, wobei die Drehbewegung der Pumpenwelle durch eine Drehbewegung einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine verursacht wird. Die Hochdruckpumpe weist ein Übersetzungsgetriebe mit einem ersten und einem zweiten Zahnrad auf, wobei die Zahnradübersetzung der Hochdruckpumpenübersetzung und der Übersetzung der Nockenwelle zum Antrieb der Brennkraftmaschine entspricht. Durch Integration eines Übersetzungsgetriebes in die Hochdruckpumpe kann der Wirkungsgrad der Hochdruckpumpe optimiert werden. Das Übersetzungsverhältnis wird dabei der Sychnronität angepasst, wobei der Größenunterschied der Zahnräder die jeweilige Übersetzung bestimmt. Vorteilhaft ist bei der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe darüber hinaus, dass eine Reduzierung der Baugröße erzielt werden kann, da beispielsweise bei einer Verdopplung der Übersetzung eine Einkolbenpumpe anstelle einer Zweikolbenpumpe verwendet werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Zahnrad auf der Nockenwelle, welche den Antrieb von der Brennkraftmaschine überträgt, angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nockenwelle durch zumindest ein Lager gelagert.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Zahnrad auf der Pumpenwelle angeordnet.
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Vorzugsweise ist das Übersetzungsgetriebe in einem Gehäuse angeordnet.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuse des Übersetzungsgetriebes an die Hochdruckpumpe angeflanscht.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform kann das Übersetzungsgetriebe auch direkt als Flansch der Hochdruckpumpe ausgebildet sein.
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Alternativ ist es darüber hinaus auch möglich, wenn das Übersetzungsgetriebe als Teil der Hochdruckpumpe in ein Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe integriert ist.
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Es ist darüber hinaus bevorzugt, wenn das Übersetzungsgetriebe in Motoröl läuft. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass das Übersetzungsgetriebe mit Diesel betrieben wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hochdruckpumpe saugseitig eine Vorförderpumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, vorgeschaltet. Besonders bevorzugt ist die Zahnradpumpe eine elektrische Zahnradpumpe. Hierdurch kann eine besonders kleine Baugröße erzielt werden.
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Vorzugsweise liegt ein relatives Übersetzungsverhältnis bezogen auf die Pumpendrehzahl der Vorförderpumpe zu der maximalen Drehzahl (maximale Nenndrehzahl) der Hochdruckpumpe in einem Bereich von 1,8:1 bis 5:1. Vorteilhaft ist, wenn die Drehzahl der Vorförderpumpe, insbesondere der elektrischen Zahnradpumpe, deutlich höher ist als die Drehzahl der mechanisch angetriebenen Hochdruckpumpe. Die Zahnradpumpe kann eine Drehzahl im Bereich von 10 000 bis 20 000 1/min aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt die Drehzahl der Vorförderpumpe bei 12 000 1/min und die maximale Drehzahl der mechanisch angetriebenen Hochdruckpumpe bei 6 000 1/min.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
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1 einen Schnitt durch eine Hochdruckpumpe gemäß einer Ausführungsform;
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2 einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Hochdruckpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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3 einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Hochdruckpumpe gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
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4A, 4B jeweils eine schematische Darstellung der Anordnungsmöglichkeiten des Übersetzungsgetriebes; und
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5 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Hochdruckpumpe mit vorgeschalteter Vorförderpumpe gemäß einer weiteren Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein Schnitt durch eine Hochdruckpumpe 1 für ein Common-Rail-Einspritzsystem dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 weist ein Pumpengehäuse 2 auf, in welchem eine Pumpenwelle 3 angeordnet ist. Die Pumpenwelle 3 ist über zwei in Richtung der Drehachse D der Pumpenwelle 3 voneinander beabstandeten Lagerstellen durch die Lager 4 drehbar gelagert. In einem zwischen den Lagerstellen liegenden Bereich weist die Pumpenwelle 3 einen Nocken 5 oder alternativ hierzu einen exzentrisch zu der Drehachse 4 ausgebildeten Abschnitt auf. Die Hochdruckpumpe 1 weist wenigstens ein oder mehrere im Pumpengehäuse 2 angeordnete Pumpenelemente 6 mit jeweils einem Pumpenkolben 7 auf, der durch den Nocken 5 der Pumpenwelle 3 in einer Hubbewegung in zumindest annähernd radialer Richtung zur Drehachse 4 der Pumpenwelle 3 angetrieben wird. Der Pumpenkolben 7 ist in einer in einem Zylinderkopf 11 der Hochdruckpumpe 1 ausgebildeten Zylinderbohrung 8 dicht verschiebbar geführt und begrenzt mit seiner der Pumpenwelle 3 abgewandten Stirnseite in der Zylinderbohrung 8 einen Pumpenarbeitsraum 9. Weiterhin in dem Pumpengehäuse angeordnet sind ein hier nicht dargestelltes Einlassventil, über welches dem Pumpenelement 6 Kraftstoff zugeführt wird, sowie ein Auslassventil 10, welches über einen Auslasskanal (nicht dargestellt) beispielsweise mit einem Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) verbunden ist. Mit dem Hochdruckspeicher sind ein oder mehrere an Zylindern der Brennkraftmaschine angeordnete Injektoren (nicht dargestellt) verbunden, durch die Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Beim Saughub des Pumpenkolbens 7, bei dem sich dieser radial nach innen bewegt, wird der Pumpenarbeitsraum 9 durch einen Kraftstoffzulaufkanal (nicht dargestellt) bei geöffnetem Einlassventil mit Kraftstoff befüllt, wobei das Auslassventil 10 geschlossen ist. Beim Förderhub des Pumpenkolbens 7, bei dem sich dieser radial nach außen bewegt, wird durch den Pumpenkolben 7 Kraftstoff unter Hochdruck durch den Kraftstoffablaufkanal (nicht dargestellt) bei geöffnetem Auslassventil 10 zum Hochdruckspeicher gefördert, wobei das Einlassventil geschlossen ist. Zwischen dem Pumpenkolben 7 und dem Nocken 5 der Pumpenwelle 3 ist darüber hinaus eine Stößelbaugruppe 12 angeordnet, über die sich der Pumpenkolben 7 zumindest mittelbar über eine drehbar gelagerte Rolle 13 am Nocken 5 der Pumpenwelle 3 abstützt. Durch die Drehung der Pumpenwelle 3 und des darauf gelagerten Nockens 5, welche über die Stößelbaugruppe 12 auf das Pumpenelement 6 bzw. auf den Pumpenkolben 7 übertragen wird, wird dieser in eine Auf- und Abwärtsbewegung versetzt, wobei ein Saug- bzw. Druckhub des Pumpenkolbens 7 ausgeführt wird.
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Die in 1 dargestellte Ausführungsform weist weiterhin Wellendichtringe 15 auf, um Motoröl vom Kraftstoff zu trennen. Darüber hinaus ist ein Flansch 14 vorgesehen, der in diese Ausführungsform gleichzeitig ein Gehäuse 16 für ein Übersetzungsgetriebe bildet. Das Übersetzungsgetriebe umfasst ein erstes Zahnrad 17 und ein zweites Zahnrad 18, welches mit dem ersten Zahnrad 17 in Eingriff steht. Das erste Zahnrad ist auf einer separaten Welle mit Lagern 20, nämlich auf der Nockenwelle 19 der Brennkraftmaschine und das zweite Zahnrad 18 ist auf der Pumpenwelle 3 der Hochdruckpumpe 1 angeordnet. Der Größenunterschied zwischen dem ersten Zahnrad 17 und dem zweiten Zahnrad 18 stellt die Übersetzung dar. Wie bereits erwähnt, muss das Übersetzungsverhältnis der Synchronität angepasst werden, wobei sich die Zahnradübersetzung aus der Pumpenübersetzung plus der Übersetzung der Nockenwelle 19 zum Antrieb des Motors bzw. der Brennkraftmaschine ergibt.
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2 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Hochdruckpumpe 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform, welche sich von der in 1 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass an der Nockenwelle 19 keine separaten Lager beidseitig des ersten Zahnrads 17 vorgesehen sind.
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3 zeigt einen Schnitt durch einen Abschnitt einer Hochdruckpumpe 1 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, wobei in dieser Ausführungsform das Gehäuse 16 des Übersetzungsgetriebes getrennt vom Flansch 14 und dem Pumpengehäuse 2 vorgesehen ist.
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4A und 4B zeigen jeweils eine schematische Darstellung der Anordnungsmöglichkeiten des Übersetzungsgetriebes, wobei in 4A die bereits in Zusammenhang mit 1 bis 3 beschriebene Anordnung dargestellt ist, wohingegen in 4B eine Anordnung gezeigt ist, bei welcher das Übersetzungsgetriebe bezüglich der in einem Zylinderkopf 21 angeordneten Nockenwelle 9 umgedreht angeordnet ist, so dass die Hochdruckpumpe 1 neben dem Motor bzw. der Brennkraftmaschine liegt.
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5 zeigt schließlich eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Hochdruckpumpe 1 mit vorgeschalteter Vorförderpumpe 22, welche der Hochdruckpumpe 1 Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 23 zuführt. Die Vorförderpumpe 22 ist als elektrische Zahnradpumpe ausgebildet und weist eine Drehzahl von maximal 12 000 1/min auf, wohingegen die mechanisch angetriebene Hochdruckpumpe 1 eine maximale Nenndrehzahl von 6000 1/min aufweist. Somit weist die Vorförderpumpe 22 mit der doppelten maximalen Drehzahl wie die Hochdruckpumpe 1 eine deutlich höhere maximale Drehzahl als diese auf.
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Insgesamt betrachtet wird mit der erfindungsgemäßen Konfiguration auf einfache Art und Weise eine deutliche Steigerung des Wirkungsgrads der Hochdruckpumpe bei gleichzeitiger Baugrößenverkleinerung sowohl der Hochdruckpumpe als auch der Vorförderpumpe erzielt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10322604 A1 [0003]
- DE 102005033634 A1 [0004]
