-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
-
Stand der Technik
-
Eine derartige Pumpe ist aus der
DE 10 2009 003 054 A1 bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement mit einem Pumpenkolben auf, der zumindest mittelbar durch einen Nocken einer Antriebswelle in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Antriebswelle wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben, so dass die Drehzahl der Antriebswelle proportional zur Drehzahl der Brennkraftmaschine ist. Durch die Pumpe wird Kraftstoff in einen Hochdruckbereich, beispielsweise einen Hochdruckspeicher, gefördert, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und des CO2-Ausstoßes der Brennkraftmaschine wird angestrebt diese bei fehlendem Antriebsbedarf, beispielsweise beim Stillstand eines mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, abzustellen. Dies wird auch als Start-Stopp-System bezeichnet. Bei abgestellter Brennkraftmaschine wird auch durch die Pumpe kein Kraftstoff mehr gefördert. Nachfolgend ist jedoch ein schneller Start der Brennkraftmaschine erforderlich wozu wiederum eine schnelle Kraftstoffförderung durch die Pumpe erforderlich ist. Um ein schnelles Starten der Brennkraftmaschine zu ermöglichen muss durch die Pumpe bereits bei geringer Drehzahl der Antriebswelle eine große Kraftstoffmenge gefördert werden. Eine entsprechende Auslegung der Pumpe gemäß dem Stand der Technik führt jedoch dazu, dass ein hohes Drehmoment zum Antrieb der Antriebswelle erforderlich ist und dass das erforderliche Antriebsmoment außerdem stark schwankt. Darüber hinaus wird durch die Pumpe bei hoher Drehzahl unter Umständen mehr Kraftstoff gefördert als im jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erforderlich ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch diese bereits bei geringer Drehzahl der Antriebswelle die für ein schnelles Starten der Brennkraftmaschine erforderliche Kraftstoffmenge gefördert wird, da die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens bereits im Anfangsbereich des Förderbereichs des Nockens hoch ist. Im weiteren Verlauf des Förderbereichs des Nockens ist die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens reduziert wodurch das Antriebsmoment für die Antriebswelle verringert werden kann.
-
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht eine gleichmäßige Kraftstoffförderung durch den Pumpenkolben nach dem Anfangsbereich des Förderbereichs des Nockens.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind außerdem der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäß ausgestalteten Pumpe,
-
2 ein Diagramm mit einer Darstellung der Geschwindigkeit eines Pumpenkolbens bei einer bekannten Nockenauslegung und bei einer erfindungsgemäßen Nockenauslegung,
-
3 ein Diagramm mit einer Darstellung eines erforderlichen Drehmoments zum Antrieb einer Nockenwelle bei einer bekannten Nockenauslegung und bei der erfindungsgemäßen Nockenauslegung und
-
4 ein Diagramm mit einer Darstellung des Hubs eines Pumpenkolbens bei einer bekannten Nockenauslegung und bei der erfindungsgemäßen Nockenauslegung.
-
Die in 1 dargestellte Pumpe ist als eine Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung, insbesondere ein Common-Rail-Einspritzsystem, einer mit Dieselkraftstoff betriebenen selbstzündenden Brennkraftmaschine konzipiert und zur Förderung von Dieselkraftstoff mit einem Druck von bis über 2000 bar in einen Hochdruckspeicher ausgelegt. Die Pumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf, in dem eine als Pumpennockenwelle 2 ausgebildete Antriebswelle drehbar gelagert ist. Die Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 4 mit einem Pumpenkolben 6 auf. Die Pumpennockenwelle 2 weist wenigstens einen Nocken 8 auf, der bei einer Rotationsbewegung der Pumpennockenwelle 2 um eine Drehachse 3 zusammenwirkend mit einem Rollenstößel 10 den Pumpenkolben 6 in einer translatorischen Auf- und Abbewegung antreibt. Der Nocken 8 kann ein Einfach- oder Mehrfachnocken sein, insbesondere wie in 1 dargestellt ein Doppelnocken, der zwei um 180° bezüglich der Drehachse 3 zueinander versetzte Nockenerhebungen aufweist. Der Nocken 8 weist eine abfallende Nockenflanke 8a und eine ansteigende Nockenflanke 8b auf. Die Pumpennockenwelle 2 wird mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben und die Drehzahl der Pumpennockenwelle 2 ist proportional der Drehzahl der Brennkraftmaschine.
-
Ein Pumpenarbeitsraum 12 ist in einem Pumpenzylinderkopf 14 der Pumpe ausgebildet, wobei der Pumpenzylinderkopf 14 weiterhin einstückig mit einem Pumpenzylinder 16 ausgebildet ist. Der Pumpenzylinder 16 ragt in eine Ausnehmung 18 des Pumpengehäuses 1 hinein und ist radial zur Drehachse 3 der Pumpennockenwelle 2 ausgerichtet.
-
Der Rollenstößel 10 weist einen Stößelkörper 20 auf, der an dem Pumpenzylinder 16 innengeführt und gegebenenfalls gegenüber diesem mittels einer Verdrehsicherung gegen Verdrehen gesichert sein kann. Genauso könnte der Rollenstößel 10 in dem Pumpengehäuse 1 außengeführt und verdrehgesichert sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass für den Rollenstößel 10 keine Verdrehsicherung vorhanden ist. Weiterhin weist der Stößelkörper 20 eine sich bis zu einem inneren Ringflansch 22 erstreckende pumpennockenwellenseitige Ausnehmung auf, in die ein Rollenschuh 24 eingesetzt ist. Der Rollenschuh 24 weist eine hohlzylinderförmige Ausnehmung 26 auf, in die eine Laufrolle 28 eingesetzt ist. Die Laufrolle 28 läuft bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 2 auf der Nockenlaufbahn des Nockens 8 ab und überträgt so die Drehbewegung der Pumpennockenwelle 2 in eine translatorische Bewegung des Pumpenkolbens 6. Der Pumpenkolben 6 weist einen Pumpenkolbenfuß 30 auf, der beispielsweise über eine Klemmeinrichtung 32 mit dem Rollenstößel 10 beziehungsweise dem Stößelkörper 20 durch ein Einklemmen zwischen dem Rollenschuh 24 und dem inneren Ringflansch 22 verbunden ist. Der Rollenstößel 10 wird durch eine Feder 32 in Richtung zu der Pumpennockenwelle 2 gedrückt. Die Feder 32 kann in einem Raum 34 unterhalb des Pumpenzylinders 16 zwischen diesem und dem inneren Ringflansch 22 des Stößelkörpers 20 angeordnet sein.
-
Der Pumpenarbeitsraum 12 ist über ein Saugventil mit einem Zulauf verbindbar, über das Kraftstoff von einem Niederdrucksystem zugeführt wird und wobei das Saugventil bei einem Saughub (zur Pumpennockenwelle 2 hin gerichtete Abwärtsbewegung) des Pumpenkolbens 6 öffnet und somit Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 12 eingelassen wird. Beim Saughub wird der Pumpenkolben 6 zusammen mit dem Rollenstößel 10 durch die Feder 32 bewirkt entlang des zur Drehachse 3 hin abfallenden Saugbereichs 8a des Nockens 8 bewegt. Bei einem Förderhub (von der Pumpennockenwelle 2 weg gerichtete Aufwärtsbewegung) des Pumpenkolbens 6 schließt das Saugventil und Kraftstoff wird aus dem Pumpenarbeitsraum 12 über ein Rückschlagventil und eine weiterführende Leitung in den Hochdruckspeicher gefördert. Beim Förderhub wird der Pumpenkolben 6 zusammen mit dem Rollenstößel 10 durch den von der Drehachse 3 weg ansteigenden Förderbereich 8b des Nockens 8 gegen die Kraft der Feder 32 bewegt.
-
Der Pumpenkolben 6 weist beispielsweise einen Durchmesser von etwa 6 mm bis 9 mm, insbesondere von etwa 6,5 bis 7,5 mm auf und der durch den Nocken 8 bewirkte Hub des Pumpenkolbens 6 beträgt etwa 5 mm bis 8 mm, insbesondere etwa 5 bis 6,5 mm.
-
In dem Diagramm gemäß 2 ist auf der Abszisse der Nockenwinkel in Grad Pumpennockenwelle 2 angegeben, während die Ordinate die Kolbengeschwindigkeit v in m/s bei einer Drehzahl von 1000 Umdrehungen/min der Pumpennockenwelle 2 wiedergibt. Bei dem erfindungsgemäßen Nocken 8 wird die Geschwindigkeit v des Pumpenkolbens 6 in einem Anfangsbereich A des Förderbereichs 8b des Nockens 8 auf einen Maximalwert vmax erhöht, der bei einem Nockenwinkel von etwa 10° bis 20°, vorzugsweise etwa 15° der Pumpennockenwelle 2 erreicht wird. Der Maximalwert vmax der Geschwindigkeit beträgt etwas über 0,6 m/s. Mit zunehmendem Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 nimmt die Geschwindigkeit v des Pumpenkolbens 6 zum Ende des Anfangsbereichs A wieder ab auf einen Wert v1, der geringer ist als der Wert vmax. Der Wert v1 der Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 6 beträgt etwa 0,4 m/s. An den Anfangsbereich A des Förderbereichs 8b des Nockens 8 schließt sich ein Bereich B an, in dem die Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 6 zumindest annähernd konstant auf dem Wert v1 bleibt oder sich zumindest nur wenig ändert. Zum Ende des Bereichs B nimmt die Geschwindigkeit v des Pumpenkolbens 6 wieder auf Null ab bis zum oberen Totpunkt des Nockens 8, in dem die Bewegungsumkehr des Pumpenkolbens 6 in dessen Saughub erfolgt.
-
Der gesamte Förderbereich 8b des Nockens 8 erstreckt sich über einen Nockenwinkel von etwa 100°bis 105° der Pumpennockenwelle 2. Der Anfangsbereich A des Förderbereichs 8b des Nockens 8 erstreckt sich über einen Nockenwinkel von etwa 30° der Pumpennockenwelle 2 und somit über etwa 1/3 des gesamten Förderbereichs. Die maximale Geschwindigkeit vmax wird etwa in der Mitte des Anfangsbereichs A bei etwa 15° Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 erreicht und am Ende des Anfangsbereichs A wird der konstante Wert v1 der Geschwindigkeit erreicht. Der Bereich B des Förderbereichs 8b erstreckt sich somit über etwa 70° bis 75° Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 und über etwa 2/3 des gesamten Förderbereichs 8b.
-
In 2 ist außerdem der Verlauf der Geschwindigkeit v’ des Pumpenkolbens 6 bei einem bekannten Standardnocken mit gestrichelter Linie dargestellt. Der Standardnocken ist so ausgelegt, dass dieser den Pumpenkolben 6 ausgehend von einer Kolbengeschwindigkeit von 0 m/s bei 0° Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 bis auf einen Wert v2 von etwa 0,45 m/s bei angenähert 10° bis 15° Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 beschleunigt und anschließend die Geschwindigkeit bei diesem Wert über einen Nockenwinkel von angenähert 60° bis 70° bis zu einem Nockenwinkel von etwa 80° bis 85° der Pumpennockenwelle 2 verharrt. Ab dem Nockenwinkel von etwa 80° bis 85° der Pumpennockenwelle 2 wird die Kolbengeschwindigkeit reduziert bis auf Null bei etwa 100° bis 105° Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2. Im Vergleich mit dem Geschwindigkeitsverlauf des Standardnockens wird deutlich, dass beim Geschwindigkeitsverlauf des erfindungsgemäßen Nockens 8 die Geschwindigkeit v im Anfangsbereich A stärker ansteigt auf einen höheren Wert vmax als beim Standardnocken und im weiteren Verlauf im Bereich B der konstante Wert v1 unter dem Wert v’2 des Standardnockens liegt.
-
In 3 ist auf der Abszisse der Nockenwinkel in Grad Pumpennockenwelle 2 dargestellt, während die Ordinate das Antriebsdrehmoment M in Nm für die Pumpennockenwelle 2 zum Antrieb des Pumpenkolbens 6 angibt. Es wird aus 3 deutlich, dass das erforderliche maximale Antriebsdrehmoment M bei der erfindungsgemäßen Auslegung des Nockens 8 für die Pumpennockenwelle 2 gegenüber dem beim Standardnocken im Bereich B des Förderbereichs 8b erforderlichen Antriebsmoment M’ reduziert ist. Die gegenüber dem Standardnocken im Anfangsbereich A erhöhte Geschwindigkeit vmax des Pumpenkolbens 6 führt in dieser Phase nur zu einem etwas erhöhten Antriebsdrehmoment gegenüber dem Standardnocken, da in diesem Bereich noch ein relativ niedriger Druck im Pumpenarbeitsraum 12 vorhanden ist. Das erforderliche Antriebsdrehmoment ergibt sich im wesentlichen aus dem Produkt der Geschwindigkeit des Pumpenkolbens 6 und der Druckkraft im Pumpenarbeitsraum 12 auf den Pumpenkolben 6.
-
Das Diagramm gemäß 4 weist eine Abszisse auf, auf die der Nockenwinkel in Grad Pumpennockenwelle 2 dargestellt ist, während die Ordinate den Hub h des Pumpenkolbens 6 in Millimeter angibt. Der bekannte Standardnocken für eine Pumpennockenwelle 2 mit einem Doppelnocken 8 erzeugt einen in 4 mit gestrichelter Linie dargestellten Hubverlauf h’ des Pumpenkolbens 6 im Förderbereich 8b, der ausgehend von 0 mm Kolbenhub bei einem Nockenwinkel von 0° der Pumpennockenwelle 2 einen maximalen Kolbenhub von 6,5 mm bei angenähert 100° bis 105° Pumpennockenwelle 2 bewirkt und der danach wieder abfällt bis auf einen Kolbenhub von 0 mm bei 180° Pumpennockenwelle 2. Der durch den erfindungsgemäß ausgelegten Nocken 8 bewirkte Hubverlauf h des Pumpenkolbens 6 ist in 4 mit durchgezogener Linie dargestellt und erreicht den gleichen maximalen Kolbenhub von angenähert 6,5 mm, der ebenfalls bei etwa 100° bis 105° Nockenwinkel erreicht wird. Die Saugphase 8a des Pumpenkolbens 6 erstreckt sich jeweils über einen Nockenwinkel von etwa 75° bis 80° und die Förderphase des Pumpenkolbens 6 erstreckt sich über einen Nockenwinkel von etwa 100° bis 105°. In 4 ist wiederum der Anfangsbereich des Förderbereichs mit A und der restliche Bereich des Förderbereichs mit B bezeichnet. Im Vergleich zum Standardnocken erreicht der Pumpenkolben 6 beim erfindungsgemäßen Nocken 8 bereits im Anfangsbereich A bei einem geringeren Nockenwinkel der Pumpennockenwelle 2 einen größeren Hub h1 gegenüber dem Standardnocken. Im Bereich B des Förderbereichs verläuft der durch den erfindungsgemäßen Nocken 8 bewirkte Hub h des Pumpenkolbens 6 mit geringerer Steigung als der durch den Standardnocken bewirkte Hub h’ des Pumpenkolbens 6 mit entsprechend reduziertem erforderlichem Antriebsdrehmoment für die Pumpennockenwelle 2.
-
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 102009003054 A1 [0002]
