DE102011082583A1

DE102011082583A1 - Pumpenanordnung für ein Hochdruckeinspritzsystem

Info

Publication number: DE102011082583A1
Application number: DE102011082583A
Authority: DE
Inventors: Alexander Fuchs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2013-03-14
Also published as: WO2013037536A1; EP2756183A1; CN103842639A; JP2014529035A; KR20140059802A

Abstract

Pumpenanordnung für ein Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und einer Pumpe und eine Hochdruckpumpe (7), wobei die elektrische Vorförderpumpe unmittelbar an der Hochdruckpumpe (7) angeordnet ist oder in die Hochdruckpumpe (7) integriert ist, wobei die Hochdruckpumpe (7) eine Aussparung (9) aufweist und innerhalb der Aussparung (9) die elektrische Vorförderpumpe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Stand der Technik
Pumpenanordnungen mit einer elektrischen Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe werden insbesondere in Hochdruckeinspritzsystemen eingesetzt, um Kraftstoff für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zu fördern.
Die DE 10 2004 008 478 B4 zeigt eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Kraftstoffhochdruckpumpe und einer vorgeschalteten elektrischen Kraftstoffförderpumpe, die einen Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zu einem Niederdruckeingang der Kraftstoffhochdruckpumpe fördert, wobei die elektrische Kraftstoffvorförderpumpe bezüglich ihrer Fördermenge geregelt ist und sie entweder unmittelbar an der Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet ist oder in die Kraftstoffhochdruckpumpe integriert ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Pumpenanordnung für ein Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Vorförderpumpe mit einem Elektromotor und einer Pumpe und eine Hochdruckpumpe, wobei die elektrische Vorförderpumpe unmittelbar an der Hochdruckpumpe angeordnet ist oder in die Hochdruckpumpe integriert ist, wobei die Hochdruckpumpe eine Aussparung oder einen Hohlraum oder eine Kavität aufweist und innerhalb der Aussparung oder dem Hohlraum oder der Kavität die elektrische Vorförderpumpe wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, angeordnet ist. Die Vorförderpumpe kann damit besonders raumsparend und kompakt in Hochdruckpumpe integriert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Aussparung an einem Gehäuse der Hochdruckpumpe ausgebildet. Das Gehäuse der Hochdruckpumpe begrenzt die Hochdruckpumpe, so dass die Vorförderpumpe leicht von außen zugänglich ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist die Aussparung mit einem Deckel, insbesondere fluiddicht, verschlossen.
Zweckmäßig ist der Deckel lösbar, z. B. mit einer Schraubverbindung, an der Hochdruckpumpe befestigt. Der Deckel kann somit entfern, insbesondere abgeschraubt, werden und anschließend ist die Vorförderpumpe von außen zugänglich und kann z. B. ausgetauscht oder repariert werden.
In einer ergänzenden Variante ist ein Zuströmkanal für die elektrische Vorförderpumpe an dem Deckel ausgebildet und/oder ein Abströmkanal ist für die elektrische Vorförderpumpe an der Hochdruckpumpe, insbesondere dem Gehäuse der Hochdruckpumpe, ausgebildet. Der von der Vorförderpumpe geförderte Kraftstoff kann damit leicht von außen in den Deckel eingeleitet werden und außerdem kann durch den Abströmkanal an der Hochdruckpumpe der Kraftstoff einfach von dem Abströmkanal der Hochdruckpumpe zugeführt werden.
In einer zusätzlichen Ausführungsform sind der Zuströmkanal und der Abströmkanal an zwei gegenüberliegenden Seiten der Aussparung ausgebildet. Der Zuströmkanal kann damit beispielsweise außenseitig an der Aussparung, insbesondere dem Deckel, angeordnet sein, so dass der Kraftstoff einfach dem Zuströmkanal zugeführt werden kann und der Abströmkanal ist der Hochdruckpumpe zugewandt an der Aussparung ausgebildet, so dass der Kraftstoff einfach aus dem Abströmkanal der Hochdruckpumpe zugeführt werden kann.
In einer Variante ist die Pumpe eine Innenzahnradpumpe und/oder die Aussparung ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und/oder die Aussparung ist in einem Schnitt, insbesondere in einem Schnitt senkrecht zu einer Rotationsachse eines Laufrades der elektrischen Vorförderpumpe, kreisförmig ausgebildet.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist an der Hochdruckpumpe, insbesondere dem Gehäuse der Hochdruckpumpe, ein Lagerzapfen für ein Innenzahnrad der Innenzahnradpumpe ausgebildet an dem das Innenzahnrad gelagert ist und/oder an der Hochdruckpumpe, insbesondere dem Gehäuse der Hochdruckpumpe, ist ein Zentrierring für einen Stator der elektrischen Vorförderpumpe ausgebildet an dem der Stator zentriert und/oder befestigt ist.
Zweckmäßig bildet der Deckel und/oder die Hochdruckpumpe, insbesondere das Gehäuse der Hochdruckpumpe, ein Gleitlager für wenigstens ein Laufrad, insbesondere ein Innen- und Außenzahnrad, der elektrischen Vorförderpumpe. In vorteilhafter Weise ist dadurch kein gesondertes Gleitlager erforderlich.
Vorzugsweis ist der Elektromotor in die Pumpe integriert, insbesondere indem Permanentmagnete in ein Laufrad, insbesondere Außenzahnrad, eingebaut sind, so dass das Laufrad, insbesondere das Außenzahnrad, auch den Rotor des Elektromotors bildet. Der Elektromotor und die Pumpe der elektrischen Vorförderpumpe stellen somit nicht trennbare Einheiten dar.
Vorzugsweise wird der Elektromotor der elektrischen Vorförderpumpe von einer Leistungselektronik mit elektrischem Drehstrom bzw. Wechselstrom versorgt, so dass eine elektronische Kommutierung vorliegt. Dadurch sind mechanische Kommutierungselemente nicht erforderlich, so dass aufgrund der nicht vorhandenen mechanischen Kommutierungselemente die Vorförderpumpe bezüglich Vibrationen und anderen Umwelteinflüssen, die aufgrund der Anordnung an der Hochdruckpumpe eintreten können, wesentlich unempfindlicher ist als bei einer mechanischen Kommutierung.
In einer ergänzenden Variante ist die Pumpe der elektrischen Vorförderpumpe eine Drehschieberpumpe.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Pumpe der elektrischen Vorförderpumpe eine Außenzahnradpumpe. Bei einer Außenzahnradpumpe sind innerhalb eines Gehäuses zwei Zahnräder angeordnet. Die Zahnräder mit den Zähnen stellen somit ein Laufrad mit Förderelementen dar.
Insbesondere ist die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
In einer weiteren Ausgestaltung beträgt der räumliche Abstand zwischen der elektrischen Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe weniger als 30 cm, 20 cm, 10 cm, 5 cm oder 1 cm.
Vorzugsweise ist in der Kraftstoffleitung zum Leiten von Kraftstoff von einem Kraftstofftank zu der elektrischen Vorförderpumpe ein Kraftstofffilter eingebaut oder integriert.
Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Hochdruckpumpe, ein Hochdruck-Rail, eine elektrische Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, wobei die elektrische Vorförderpumpe und die Hochdruckpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Pumpenanordnung ausgebildet ist.
In einer Variante umfasst das Hochdruckeinspritzsystem einen Kraftstofftank und wenigstens eine Kraftstoffleitung.
Erfindungsgemäßer Verbrennungsmotor mit einem Hochdruckeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei das Hochdruckeinspritzsystem als ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Hochdruckeinspritzsystem ausgebildet und/oder der Verbrennungsmotor eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Pumpenanordnung umfasst.
Zweckmäßig ist in die Innenzahnradpumpe ein Elektromotor mit einem Stator und einem Rotor integriert und/oder der Stator ist konzentrisch um den Rotor ausgebildet.
Zweckmäßig besteht das Gehäuse der Hochdruckpumpe und/oder das Innen- und/oder Außenzahnrad und/oder der Deckel wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium.
Zweckmäßig ist die Innenzahnradpumpe eine Gerotorpumpe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems in einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine stark schematisierte Ansicht des Hochdruckeinspritzsystems in einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine perspektivische Ansicht einer Innenzahnradpumpe und eines Stators,
4 eine Explosionsdarstellung der Innenzahnradpumpe gemäß 3,
5 eine Ansicht einer Hochdruckpumpe mit einer Aussparung für die Innenzahnradpumpe,
6 eine Ansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine Pumpenanordnung 1 in einem ersten Ausführungsbeispiel eines Hochdruckeinspritzsystems 2 für ein Kraftfahrzeug 40 dargestellt. Eine elektrische Vorförderpumpe 3 fördert aus einem Kraftstofftank 41 durch eine Kraftstoffleitung 35 Kraftstoff. Anschließend wird der Kraftstoff von der elektrischen Vorförderpumpe 3 zu einer Hochdruckpumpe 7 gefördert, wobei die Vorförderpumpe 3 an die Hochdruckpumpe 7 angebaut ist. Die Hochdruckpumpe 7 ist von einem Verbrennungsmotor 39 mittels einer Antriebswelle 44 angetrieben.
Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist einen Elektromotor 4 und eine Pumpe 5 auf (3 und 4). Dabei ist der Elektromotor 4 der Pumpe 5 in die Pumpe 5 integriert und ferner ist die elektrische Vorförderpumpe 3 an der Hochdruckpumpe 7 unmittelbar angeordnet. Die Hochdruckpumpe 7 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung 36 zu einem Hochdruck-Rail 42. Von dem Hochdruck-Rail 42 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor 43 einem nicht dargestellten Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der nicht für die Verbrennung benötigte Kraftstoff wird mittels einer Rücklaufkraftstoffleitung 37 wieder zu dem Kraftstofftank 41 zurückgeführt. Ein Zuströmkanal 28 (4) der elektrischen Vorförderpumpe 3 saugt Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 35 aus einem Kraftstofftank 41 an und durch einen Abströmkanal 29 (5) wird der Kraftstoff durch einen internen Kraftstoffkanal (nicht dargestellt) der Pumpenanordnung 1 der Hochdruckpumpe 7 zugeführt.
In der Kraftstoffleitung 35 von dem Kraftstofftank 41 zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 ist ein Kraftstofffilter 38 (1) eingebaut, d. h. der Kraftstofffilter 38 ist saugseitig zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 angeordnet. Abweichend hiervon kann der Kraftstofffilter 38 auch druckseitig (2) zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 angeordnet sein, d. h. hydraulisch zwischen der elektrischen Vorförderpumpe 3 und der Hochdruckpumpe 7. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die Kraftstoffleitung 35 vom Kraftstofftank 41 zu der elektrischen Vorförderpumpe 3 kostengünstig ausgebildet werden, da sie keinem Überdruck standhalten muss. Der Elektromotor 4 (3 und 4) der elektrischen Vorförderpumpe 3 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 4 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes des Kraftfahrzeuges 40 zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 3 ist damit eine elektronisch kummutierte Vorförderpumpe 3.
Die elektrische Vorförderpumpe 3 weist kein gesondertes Gehäuse auf, sondern die elektrische Vorförderpumpe 3 ist in eine Aussparung 9 oder einen Hohlraum 9 oder eine Kavität 9 an einem Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 7 eingebaut, so dass das Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 7 das Gehäuse der elektrischen Vorförderpumpe 3 bildet (5).
Innerhalb des Gehäuses 30 sind die Pumpe 5 als Innenzahnradpumpe 6 bzw. Gerotorpumpe 26 und der Elektromotor 4 angeordnet. Der Elektromotor 4 weist einen Stator 13 mit Wicklungen 14 als Elektromagnete 15 und einen Weicheisenkern 45 als weichmagnetischen Kern 32 auf, der als ein Blechpaket 33 ausgebildet ist. Innerhalb des Stators 13 ist die Pumpe 5 als Innenzahnradpumpe 6 mit einem Innenzahnrad 22 mit einem Innenzahnring 23 und ein Außenzahnrad 24 mit einem Außenzahnring 25 positioniert. Das Innen- und Außenzahnrad 22, 24 stellt damit ein Zahnrad 20 und ein Laufrad 18 dar und der Innen- und Außenzahnring 23, 25 weisen Zähne 21 als Förderelemente 19 auf. Das Außenzahnrad 24 führt eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 27 aus und das Innenzahnrad 22 führt eine Rotationsbewegung um eine nicht dargestellte Rotationsachse aus, die zu der dargestellten Rotationsachse versetzt und parallel ausgerichtet ist, da das Innen- und Außenzahnrad 22, 24 exzentrisch zueinander ausgerichtet sind. Zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 22, 24 bildet sich ein Arbeitsraum 51 aus. In das Außenzahnrad 24 sind Permanentmagnete 17 eingebaut, so dass das Außenzahnrad 24 auch einen Rotor 16 des Elektromotors 4 bildet. Der Elektromotor 4 ist damit in die Pumpe 5 integriert bzw. umgekehrt. Die Elektromagnete 15 des Stators 13 werden abwechselnd bestromt, so dass aufgrund des sich an den Elektromagneten 15 entstehenden Magnetfeldes der Rotor 16 bzw. das Außenzahnrad 24 in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 27 versetzt wird.
Die elektrische Vorförderpumpe 3 ist innerhalb der im Wesentlichen zylinderförmigen Aussparung 9 (5) angeordnet. In 5 ist die elektrische Vorförderpumpe 3 nicht dargestellt. Die Aussparung 9 ist von einem Deckel 8 fluiddicht verschlossen. Hierzu ist der Deckel 8 mit drei Schrauben 34 an dem Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 7 festgeschraubt. Der Deckel 8 weist Bohrungen 10 auf und an dem Gehäuse 30 sind ebenfalls drei Gehäusebohrungen 31 mit einem Gewinde eingearbeitet. Die drei Schrauben 34 sind somit in die Bohrungen 10 einzuführen und anschließend können die Schrauben 34 in die Gehäusebohrungen 31 eingeschraubt werden, so dass eine Schraubverbindung 46 entsteht. Mit einer nicht dargestellten Dichtung zwischen dem Deckel 8 und dem Gehäuse 30 ist die Aussparung 9 mit der elektrischen Vorförderpumpe 3 fluiddicht bezüglich der Umgebung abgedichtet.
Das Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 7 weist an der Aussparung 9 einen Lagerzapfen 47 und einen Zentrierring 48 auf. Mit dem Lagerzapfen 47 ist das Innenzahnrad 22 gelagert. An dem Zentrierring 48 ist der Stator 13 zentriert bzw. befestigt. Da das Außenzahnrad 24 an dem Stator 13 gelagert ist somit mit dem Zentrierring 48 das Außenzahnrad 24 mittelbar an dem Zentrierring 48 gelagert bzw. gehalten.
Ferner weist das Gehäuse 30 an der Aussparung 9 den Abströmkanal 29 auf. Durch den Abströmkanal 29 der elektrischen Vorförderpumpe 3 wird der von der elektrischen Vorförderpumpe 3 geförderte Kraftstoff durch einen nicht dargestellten Kraftstoffkanal der Hochdruckpumpe 7 zugeführt. Die Hochdruckpumpe 7 weist einen Zylinderkopf 49 in welchen die Hochdruckkraftstoffleitung 36 mündet. In den Deckel 10 ist der Zuströmkanal 28 (4) eingearbeitet. Der Zuströmkanal 28 mündet innerhalb des Deckels 10 in einen Ansaugstutzen 50 für den Kraftstoff. An dem Ansaugstutzen 50 wird die Kraftstoffleitung 35 angeschlossen. Das Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe 7 als auch der Deckel 8 dient als Gleitlager 11 bzw. Axiallager 11 für das Innen- und Außenzahnrad 22, 24.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung 1 wesentliche Vorteile verbunden. Die elektrische Vorförderpumpe 3 ist in die Hochdruckpumpe 7 integriert, indem die Vorförderpumpe 3 in eine Aussparung 9 an dem Gehäuse 30 der Hochdruckpumpe eingebaut ist. Dadurch ist in vorteilhafter Weise kein zusätzliches Gehäuse für die Vorförderpumpe 3 erforderlich und die Vorförderpumpe 3 ist kompakt und raumsparend in die Hochdruckpumpe 7 eingebaut.
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 102004008478 B4 [0003]

Claims

Pumpenanordnung (1) für ein Hochdruckeinspritzsystem (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (40), umfassend eine elektrische Vorförderpumpe (3) mit einem Elektromotor (4) und einer Pumpe (5) und eine Hochdruckpumpe (7), wobei die elektrische Vorförderpumpe (3) unmittelbar an der Hochdruckpumpe (7) angeordnet ist oder in die Hochdruckpumpe (7) integriert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (7) eine Aussparung (9) aufweist und innerhalb der Aussparung (9) die elektrische Vorförderpumpe (3) wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, angeordnet ist.
Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (9) an einem Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (7) ausgebildet ist.
Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (9) mit einem Deckel (8), insbesondere fluiddicht, verschlossen ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (8) lösbar, z. B. mit einer Schraubverbindung (46), an der Hochdruckpumpe (7) befestigt ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zuströmkanal (28) für die elektrische Vorförderpumpe (3) an dem Deckel (8) ausgebildet ist und/oder ein Abströmkanal (29) für die elektrische Vorförderpumpe (3) an der Hochdruckpumpe (7), insbesondere dem Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (7), ausgebildet ist.
Pumpenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmkanal (28) und der Abströmkanal (29) an zwei gegenüberliegenden Seiten der Aussparung (9) ausgebildet sind.
Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (5) eine Innenzahnradpumpe (6) ist und/oder die Aussparung (9) im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist und/oder die Aussparung (9) in einem Schnitt, insbesondere in einem Schnitt senkrecht zu einer Rotationsachse (27) eines Laufrades (18) der elektrischen Vorförderpumpe (3), kreisförmig ausgebildet ist.
Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hochdruckpumpe (7), insbesondere dem Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (7), ein Lagerzapfen (47) für ein Innenzahnrad (22) der Innenzahnradpumpe (6) ausgebildet ist an dem das Innenzahnrad (22) gelagert ist und/oder an der Hochdruckpumpe (7), insbesondere dem Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (7), ein Zentrierring (48) für einen Stator (13) der elektrischen Vorförderpumpe (3) ausgebildet ist an dem der Stator (13) zentriert und/oder befestigt ist.
Pumpenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (8) und/oder die Hochdruckpumpe (7), insbesondere das Gehäuse (30) der Hochdruckpumpe (7), eine Gleitlager (11) für wenigstens ein Laufrad (18), insbesondere ein Innen- und Außenzahnrad (22, 24), der elektrischen Vorförderpumpe (3) bildet.
Hochdruckeinspritzsystem (2) für einen Verbrennungsmotor (39), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (40), umfassend – eine Hochdruckpumpe (7), – ein Hochdruck-Rail (42), – eine elektrische Vorförderpumpe (3) zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (41) zu der Hochdruckpumpe (7), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Vorförderpumpe (3) und die Hochdruckpumpe (7) als eine Pumpenanordnung (1) gemäß einem oder mehrerer der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.