DE102012220851A1

DE102012220851A1 - Hochdruckpumpe

Info

Publication number: DE102012220851A1
Application number: DE201210220851
Authority: DE
Inventors: Marco Lamm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2014-06-12

Abstract

Hochdruckpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, insbesondere von Kraftstoff, z. B. Diesel oder Benzin, umfassend ein Gehäuse (8), eine Antriebswelle (2) mit wenigstens einem Nocken (3), wenigstens einen Kolben zum Fördern von Kraftstoff, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar auf der Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist, wobei die Hochdruckpumpe (1) wenigstens einen Zusatzkolben (14) zum Fördern eines zusätzlichen Fluides, insbesondere von Hydraulikflüssigkeit, und wenigstens einen Zusatzzylinder (15) zur Lagerung des wenigstens einen Zusatzkolbens (14) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, ein hydraulisches Hybridsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 6 und ein Verbrennungsmotorsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Stand der Technik
In Hochdruckeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Diesel- oder Benzinmotoren, sorgt eine Hochdruckpumpe dauernd für die Aufrechterhaltung des Druckes in dem Hochdruckspeicher des Common-Rail-Einspritzsystems. Die Hochdruckpumpe kann beispielsweise durch eine Nockenwelle des Verbrennungsmotors mittels einer Antriebswelle angetrieben werden. Für die Förderung des Kraftstoffs zur Hochdruckpumpe werden Vorförderpumpen, z. B. eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe, verwendet, die der Hochdruckpumpe vorgeschaltet sind. Die Vorförderpumpe fördert den Kraftstoff von einem Kraftstofftank durch eine Kraftstoffleitung zu der Hochdruckpumpe.
Als Hochdruckpumpen werden unter anderem Kolbenpumpen eingesetzt. In einem Gehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Radial dazu sind Kolben in einem Zylinder angeordnet. Auf der Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken liegt eine Laufrolle mit einer Rollen-Rollfläche auf, die in einem Rollenschuh gelagert ist. Der Rollenschuh ist mit dem Kolben verbunden, so dass der Kolben zu einer oszillierenden Translationsbewegung gezwungen ist. Eine Feder bringt auf den Rollenschuh eine radial zu der Antriebswelle gerichtet Kraft auf, so dass die Laufrolle in ständigen Kontakt zu der Antriebswelle steht. Die Laufrolle steht mit der Rollen-Rollfläche an einer Wellen-Rollfläche als Oberfläche der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken in Kontakt mit der Antriebswelle. Die Laufrolle ist mittels eines Gleitlagers in dem Rollenschuh gelagert. Die Hochdruckpumpe weist einen innerhalb eines Gehäuses ausgebildeten Schmierraum auf und innerhalb des Schmierraumes ist die Antriebswelle mit den Nocken, der Rollenschuh und die Laufrolle angeordnet. Der Schmierraum ist dabei von Kraftstoff als Schmierflüssigkeit durchströmt zur Schmierung und Kühlung der Komponenten, d. h. insbesondere der Laufrolle, des Rollenschuhes und der Antriebswelle sowie auch des Kolbens, welcher an einer Kolbenführung an dem Gehäuse gleitgelagert ist.
Kraftfahrzeuge mit einem hydraulischen Hybridsystem weisen einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie und einen Druckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie auf. Mit dem hydraulischen Hybridsystem kann mechanische Energie, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor oder in einem Rekuperationsbetrieb die kinetische Energie des Kraftfahrzeuges, genutzt werden, um den Druck an Hydraulikflüssigkeit in einem Druckspeicher, insbesondere in einem Hochdruckspeicher, zu erhöhen um dadurch hydraulische Energie in den Hochdruckspeicher zu speichern. Aus diesem Grund ist es erforderlich, an dem Kraftfahrzeug mit dem hydraulischen Hybridsystem sowohl einen gesonderten hydraulischen Motor als auch eine gesonderte hydraulische Pumpe sowie den Druckspeicher aufzubewahren bzw. vorzuhalten. Die hydraulische Pumpe dient zur Umwandlung von mechanischer Energie, z. B. des Verbrennungsmotors, in hydraulische Energie, d. h. zur Erhöhung des Druckes in dem Druckspeicher. Zusätzliche Bauteile an dem Kraftfahrzeug führen jedoch zu einem zusätzlichen Bauraumbedarf zu höheren Kosten und auch zu einem höheren Gewicht an dem Kraftfahrzeug in nachteiliger Weise.
Die DE 10 2006 045 933 A1 zeigt eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckförderung. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle mit Nocken auf. Zylindrische Rollen sind von Rollenschuhen gelagert und liegen auf den Nocken auf. Die Rollenschuhe sind mittels einer Stößelbaugruppe in einer Bohrung eines Teils des Gehäuses gelagert. Die Pumpenelemente sind an der Stößelbaugruppe befestigt. Eine Schraubenfeder drückt die Stößelbaugruppe auf die Nocken.
Aus der DE 103 56 262 A1 ist eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. In einem Pumpengehäuse ist eine Antriebswelle gelagert. Kolben stützen sich an der Antriebswelle ab, so dass durch Drehen der Antriebswelle die Kolben hin und her bewegt werden. Zwischen den Kolben und der Antriebswelle sind Stößel angeordnet.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides, insbesondere Kraftstoff, z. B. Diesel oder Benzin, umfassend ein Gehäuse, eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken, wenigstens einen Kolben zum Fördern von Kraftstoff, wenigstens einen Zylinder zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens, wobei sich der wenigstens eine Kolben mittelbar auf der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle ausführbar ist, wobei die Hochdruckpumpe wenigstens einen Zusatzkolben zum Fördern eines zusätzlichen Fluides, insbesondere von Hydraulikflüssigkeit, und wenigstens einen Zusatzzylinder zur Lagerung des wenigstens einen Zusatzkolbens aufweist.
Die Hochdruckpumpe weist somit wenigstens einen Kolben und wenigstens einen Zusatzkolben auf und der wenigstens eine Kolben und der wenigstens eine Zusatzkolben sind unterschiedliche Bauteile bzw. Teile. Zweckmäßig sind dabei ein Arbeitsraum an dem wenigstens einen Kolben und ein Zusatzarbeitsraum an dem wenigstens einen Zusatzkolben hydraulisch getrennt bzw. stehen nicht in hydraulischer Verbindung zueinander, so dass dadurch mit dem wenigstens einen Kolben ein anderes Fluid gefördert werden kann als mit dem wenigstens einen Zusatzkolben. Das andere Fluid kann dabei ein Fluid sein, welches zu einem anderen Zweck eingesetzt wird oder ein Fluid, welches auch in der chemischen Zusammensetzung ein anderes und unterschiedliches Fluid darstellt. Mit der Hochdruckpumpe kann somit an dem wenigstens einen Kolben Kraftstoff zu einem Hochdruck-Rail eines Hochdruckeinspritzsystems gefördert werden und mit der gleichen Hochdruckpumpe kann dadurch in vorteilhafter Weise mit dem wenigstens einen Zusatzkolben eine Hydraulikflüssigkeit zu einem Druckspeicher, insbesondere einem Hochdruckspeicher, eines hydraulischen Hybridsystems gefördert werden. Die Hydraulikflüssigkeit ist dabei beispielsweise ein Hydrauliköl oder Kraftstoff, z. B. Diesel. Dadurch kann die Hochdruckpumpe in vorteilhafter Weise nicht nur zum Fördern von Kraftstoff, sondern auch zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit in einem hydraulischen Hybridsystem eingesetzt werden, so dass dadurch in vorteilhafter Weise für eine hydraulische Pumpe des hydraulischen Hybridsystems keine zusätzliche Baueinheit bzw. Pumpe erforderlich ist, sondern mit der bereits vorhandenen Hochdruckpumpe eines Hochdruckeinspritzsystems zusätzlich auch die Hydraulikflüssigkeit gefördert werden kann.
Zweckmäßig stützt sich der wenigstens eine Zusatzkolben mittelbar auf der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken ab und vorzugsweis stützt sich der wenigstens eine Kolben und der wenigstens eine Zusatzkolben auf der identischen Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken ab.
Insbesondere ist der Durchmesser des wenigstens einen Zusatzkolbens größer, insbesondere um wenigstens 10%, 30%, 50% oder 100% größer, als der Durchmesser des wenigstens einen Kolbens. Der Kraftstoff wird von der Hochdruckpumpe unter einem Druck von z. B. 1000–3000 bar zu dem Hochdruck-Rail gefördert und die Hydraulikflüssigkeit unter einem Druck von z. B. 200–450 bar zu dem Hochdruckspeicher gefördert. Die Hydraulikflüssigkeit wird somit mit einem wesentlich geringeren Druck gefördert, so dass dadurch ein größerer Durchmesser des Zusatzkolbens und damit auch ein größeres Fördervolumen an Hydraulikflüssigkeit ausführbar ist mit der Hochdruckpumpe je Hub des Zusatzkolbens im Vergleich zu dem Kolben mit dem kleineren Durchmesser.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die Hochdruckpumpe einen Schmierraum, innerhalb dessen die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken angeordnet ist, zur Schmierung und Kühlung der Antriebswelle auf. Der Schmierraum dient zur Kühlung und/oder Schmierung von Komponenten der Hochdruckpumpe, insbesondere der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken und/oder einer Laufrolle und/oder einer Gleitlagerung der Laufrolle an einem Rollenschuh.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist die Hochdruckpumpe mit wenigstens einem Dichtelement für den wenigstens einen Zusatzkolbens versehen zum Abdichten wenigstens eines Zusatzarbeitsraumes an dem Zusatzkolben bezüglich des Schmierraumes. Befindet sich in dem Schmierraum eine andere Schmierflüssigkeit als die Hydraulikflüssigkeit, welche von dem wenigstens einen Zusatzkolben gefördert wird, ist das Dichtelement erforderlich, um ein Strömen von Hydraulikflüssigkeit zu der Schmierflüssigkeit in dem Schmierraum zu vermeiden. Beispielsweise ist die Hydraulikflüssigkeit ein Hydrauliköl und die Schmierflüssigkeit ist Kraftstoff, z. B. Diesel oder Benzin, so dass dadurch das Dichtelement erforderlich ist. Wird als Hydraulikflüssigkeit Kraftstoff, z. B. Diesel oder Benzin eingesetzt, und wird in dem Schmierraum der gleiche Kraftstoff als Schmierflüssigkeit eingesetzt, ist in vorteilhafter Weise kein Dichtelement erforderlich.
Vorzugsweise weist die Hochdruckpumpe eine Zusatzzumesseinheit an einem Zusatzeinlasskanal auf zur Steuerung und/oder Regelung des dem wenigstens einen Zusatzarbeitsraum an dem Zusatzkolben zuführbaren Volumenstromes an Fluid. Die Zusatzzumesseinheit weist einen Ventilschieber auf, der mit einem Elektromagneten geöffnet und geschlossen werden kann. Der Ventilschieber wird dabei ständig geöffnet und geschlossen und länger die Öffnungszeiten sind im Verhältnis zu den Schließzeiten, desto mehr Hydraulikflüssigkeit kann von dem Zusatzkolben durch den Zusatzarbeitsraum gefördert werden und umgekehrt. Mit der Zusatzzumesseinheit kann somit beispielsweise in einem Rekuperationsbetrieb gesteuert und/oder geregelt werden, wie viel kinetische Energie mit der Hochdruckpumpe an dem wenigstens einen Zusatzkolben in hydraulische Energie umgewandelt wird.
Erfindungsgemäßes hydraulisches Hybridsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, eine hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einen Druckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei die hydraulische Pumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist und der wenigstens eine Zusatzkolben zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit in dem Hybridsystem dient.
In einer Variante umfasst das Hybridsystem einen Niederdruckspeicher und einen Hochdruckspeicher.
Zweckmäßig sind die hydraulische Pumpe und der hydraulische Motor mit wenigstens einer Hydraulikleitung hydraulisch leitend miteinander verbunden, so dass die hydraulische Pumpe und der hydraulische Motor als hydraulischer Antriebsstrang, insbesondere als hydraulisches Getriebe, zur hydraulischen Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor zu wenigstens einem Antriebsrad des Kraftfahrzeuges dienen. Das hydraulische Getriebe ist ein stufenloses hydraulisches Getriebe, so dass die Drehzahl der Antriebswelle und die Drehzahl des Antriebsrades des Kraftfahrzeuges stufenlos zueinander steuerbar und/oder regelbar sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist der hydraulische Motor als eine Schrägscheibenmaschine ausgebildet und/oder die hydraulische Pumpe und/oder der hydraulische Motor und/oder der wenigstens eine Druckspeicher sind mit wenigstens einer Hydraulikleitung hydraulisch leitend miteinander verbunden. Mit dem hydraulischen Motor und der hydraulischen Pumpe kann mechanische Energie von dem Verbrennungsmotor hydraulisch auf das wenigstens eine Antriebsrad übertragen werden. Bei einer Ausbildung des hydraulischen Motors als Schrägscheibenmaschine kann dieser hydraulische Antriebsstrang mit der hydraulischen Pumpe und dem hydraulischen Motor auch als ein hydraulisches Getriebe eingesetzt werden. Dabei kann auch eine direkte hydraulische Verbindung mit wenigstens einer Hydraulikleitung zwischen der hydraulischen Pumpe und dem hydraulischen Motor bestehen.
Erfindungsgemäßes Verbrennungsmotorsystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Hochdruckeinspritzsystem mit einer Hochdruckpumpe, einem Hochdruck-Rail, einer Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank zu der Hochdruckpumpe, ein hydraulisches Hybridsystem mit einem hydraulischen Motor zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, einer hydraulische Pumpe zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einem Druckspeicher zur Speicherung von hydraulischer Energie, wobei die Hochdruckpumpe des Hochdruckeinspritzsystems und die hydraulische Pumpe des hydraulischen Hybridsystems als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist.
Insbesondere sind die Hochdruckpumpe des Hochdruckeinspritzsystems und die hydraulische Pumpe des hydraulischen Hybridsystems von nur einer Baueinheit gebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung dient der wenigstens eine Kolben der Hochdruckpumpe zum Fördern von Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail und der wenigstens eine Zusatzkolben der Hochdruckpumpe zum Fördern der Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Hybridsystems.
In einer weiteren Ausführungsform stützt sich der wenigstens eine Kolben und/oder der wenigstens eine Zusatzkolben mittelbar mittels wenigstens einer Laufrolle oder einem Tassenstößel auf der Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken ab.
In einer weiteren Variante umfasst das Verbrennungsmotorsystem und/oder das hydraulische Hybridstem den Verbrennungsmotor und/oder einen mechanischen Antriebsstrang zur ausschließlichen mechanischen Kraftübertragung von dem Verbrennungsmotor zu dem wenigstens einen Antriebsrad des Kraftfahrzeuges.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorförderpumpe eine Vorförderpumpe mit Elektromotor, so dass die Vorförderpumpe von dem Elektromotor angetrieben ist und insbesondere ist die Förderleistung der Vorförderpumpe steuerbar und/oder regelbar.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken als eine Exzenterwelle ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Zumesseinheit und/oder die Zusatzzumesseinheit als ein elektrisches Schaltventil ausgebildet.
Zweckmäßig ist die Antriebswelle mit dem wenigstens einen Nocken eine im Querschnitt kreisförmige Antriebswelle, welche exzentrisch zu einer zentrischen Längsachse der Antriebswelle gelagert ist, so dass die Rotationsachse einen Abstand zu der Längsachse aufweist. Die Längsachse ist im Querschnitt im Mittelpunkt der kreisförmigen Antriebswelle angeordnet.
Zweckmäßig ist die Vorförderpumpe eine Zahnrad- oder Drehschieberpumpe. Insbesondere weist die Hochdruckpumpe als eine Baueinheit nur eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken auf.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Teilquerschnitt an einem Kolben einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
2 einen weiteren Teilquerschnitt an einem Zusatzkolben der gleichen Hochdruckpumpe wie in 1,
3 einen Schnitt A-A gemäß 1 und 2 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
4 eine stark schematisierte Ansicht eines Verbrennungsmotorsystems mit einem Hochdruckeinspritzsystems und einem hydraulischen Hybridsystem,
5 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 und 2 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, unter Hochdruck zu einem Hochdruck-Rail 30 eines Verbrennungsmotors 39 für ein Kraftfahrzeug 52 zu fördern und Hydraulikflüssigkeit zu einem Hochdruckspeicher 43 eines hydraulischen Hybridsystems 37 (4) zu fördern. Der von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar für das Hochdruck-Rail 30 und zwischen 200 und 450 bar für das hydraulische Hybridsystem 37.
Die Hochdruckpumpe 1 weist nur eine Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 auf, die um eine Rotationsachse 26 eine Rotationsbewegung ausführt. Die Rotationsachse 26 liegt in der Zeichenebene von 1 und 2 und steht senkrecht auf der Zeichenebene von 3. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 gebildet ist. Ein Arbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6 als Kolbenführung 7, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Arbeitsraum 29 mündet ein Einlasskanal 22 mit einem Einlassventil 19 und ein Auslasskanal 24 mit einem Auslassventil 20. Durch den Einlasskanal 22 mit einer Einlassöffnung 21 strömt der Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 mit einer Auslassöffnung 23 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Arbeitsraum 29 wieder aus. Das Einlassventil 19, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und das Auslassventil 20, z. B. ein Rückschlagventil, ist dahingehend ausgebildet, dass nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Das Volumen des Arbeitsraumes 29 wird aufgrund einer oszillierenden Hubbewegung des Kolbens 5 verändert. Der Kolben 5 stützt sich mittelbar auf der Antriebswelle 2 ab. Am Ende des Kolbens 5 bzw. Pumpenkolbens 5 ist ein Rollenschuh 9 mit einer Laufrolle 10 befestigt. Die Laufrolle 10 kann dabei eine Rotationsbewegung ausführen, deren Rotationsachse 25 in der Zeichenebene gemäß 1 und 2 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 3 steht. Die Antriebswelle 2 mit dem wenigstens einen Nocken 3 weist eine Wellen-Rollfläche 4 und die Laufrolle 10 eine Rollen-Rollfläche 11 auf.
Die Rollen-Lauffläche 11 der Laufrolle 10 rollt sich auf der Wellen-Rollfläche 4 als Kontaktfläche 12 der Antriebswelle 2 mit den beiden Nocken 3 ab. Der Rollenschuh 9 ist in einer von dem Gehäuse 8 gebildeten Rollenschuhlagerung als Gleitlager gelagert. Eine Feder 27 bzw. Spiralfeder 27 als elastisches Element 28, die zwischen dem Gehäuse 8 und dem Rollenschuh 9 eingespannt ist, bringt auf den Rollenschuh 9 eine Druckkraft auf, so dass die Rollen-Rollfläche 11 der Laufrolle 10 in ständigen Kontakt mit der Wellen-Rollfläche 4 der Antriebswelle 2 steht. Der Rollenschuh 9 und der Kolben 5 führen damit gemeinsam eine oszillierende Hubbewegung aus. Die Laufrolle 10 ist mit einer Gleitlagerung 13 in dem Rollenschuh 9 gelagert.
Die in 1 bis 3 dargestellte Hochdruckpumpe 1 weist neben dem in 1 dargestellten Kolben 5 zum Fördern von Kraftstoff auch einen Zusatzkolben 14 (2) zum Fördern einer Hydraulikflüssigkeit, nämlich einem Hydrauliköl, auf. Sowohl der Kolben 5 als auch der Zusatzkolben 14 stützt mittelbar auf nur einer Antriebswelle 2 auf. Im Nachfolgenden werden bezüglich des Zusatzkolbens 14 nur im Wesentlichen die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten Kolben 5 dargestellt. Der in 2 dargestellte Zusatzkolben 14 ist in analoger Weise wie der in 1 dargestellten Kolben 5 von einer Zusatzkolbenführung 16 als Zusatzzylinder 16 gelagert. Aufgrund der oszillierenden Bewegung des Zusatzkolbens 14 weist ein Zusatzarbeitsraum 51 ein veränderliches Volumen auf. Das von dem Zusatzkolben 14 geförderte Fluid, nämlich Hydraulikflüssigkeit, d. h. ein Hydrauliköl, unterscheidet sich von dem in einem Schmierraum 40 befindlichen Schmierflüssigkeit, nämlich Kraftstoff. Die Flüssigkeit in dem Schmierraum 40 ist dabei identisch zu dem Kraftstoff, welcher von dem Kolben 5 in 1 gefördert wird. Aus diesem Grund ist an dem in 2 dargestellten Zusatzkolben 14 ein Dichtelement 17, z. B. ein Gummidichtring an dem Gehäuse 8 und/oder Kolbenringe an dem Zusatzkolben 14, erforderlich. Dadurch ist gewährleistet, dass das Hydrauliköl in dem Zusatzarbeitsraum 51 nicht in den Schmierraum 40 mit dem Kraftstoff als Schmierflüssigkeit gelangen kann.
In 4 ist ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für das Kraftfahrzeug 52 dargestellt. Eine, vorzugsweise elektrische, Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff durch eine Kraftstoffleitung 33 von einem Kraftstofftank 32 zu der Hochdruckpumpe 1, d. h. einem Arbeitsraum 29 der Hochdruckpumpe 1 an dem Kolben 5. Das Einlassventil 19 und das Auslassventil 20 sind dabei als Rückschlagventile ausgebildet, so dass durch das Einlassventil 19 nur Kraftstoff in den Arbeitsraum 29 einströmen kann und durch das Auslassventil 20 nur Kraftstoff aus dem Arbeitsraum 29 ausströmen kann. Mit einer Zumesseinheit 18 wird die Förderleistung der Hochdruckpumpe 1 an dem Kolben 5 gesteuert und/oder geregelt. Sofern die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe 35 steuerbar und/oder regelbar ist, kann auf die Zumesseinheit 18 auch verzichtet werden. Der von dem Kolben 5 unter Hochdruck der Kraftstoffleitung 33 zugeführte Kraftstoff wird in das Hochdruck-Rail 30 bzw. ein Kraftstoffverteilerrohr 31 eingeführt. Von dem Hochdruck-Rail 30 wird der Kraftstoff unter Hochdruck, z. B. 2000 bar, mittels nicht dargestellter Einspritzorgane den Brennräumen des Verbrennungsmotors 39 zugeführt.
An der Antriebswelle 2 mit zwei Nocken 3 stützt sich mittelbar nicht nur der Kolben 5, sondern auch der Zusatzkolben 14 ab. Der Zusatzkolben 14 bildet damit eine weitere Fördereinheit der Hochdruckpumpe 1 und diese weitere Fördereinheit mit dem Zusatzkolben 14 dient als hydraulische Pumpe 41 des hydraulischen Hybridsystems 37. Dabei ist der Durchmesser des Zusatzkolbens 14 größer als der Durchmesser des Kolbens 5, da der erforderliche Druck an Hydraulikflüssigkeit in dem hydraulischen Hybridsystem 37 wesentlich kleiner ist, beispielsweise im Bereich zwischen 200 und 450 bar, als der erforderliche Druck in dem Hochdruck-Rail 30, beispielsweise mit einem Druck von 2000 bar. Dadurch kann mit einem Förderhub des Zusatzkolbens 14 ein größeres Volumen an Hydraulikflüssigkeit gefördert werden als bei einem Kolbenhub des Kolbens 5 an Kraftstoff. Ein Zusatzeinlassventil 46 an einem Zusatzeinlasskanal 55 und ein Zusatzauslassventil 47 an einem Zusatzauslasskanal 56 (2 und 4) zu dem Zusatzarbeitsraum 51 sind dahingehend ausgebildet, dass an dem Zusatzeinlassventil 46 nur Hydraulikflüssigkeit in den Zusatzarbeitsraum 51 einströmen kann und durch das Zusatzauslassventil 47 nur Hydraulikflüssigkeit aus dem Zusatzarbeitsraum 51 ausströmen kann.
Das hydraulische Hybridsystem 37 weist ferner zwei Druckspeicher 42 als Hochdruckspeicher 43 und Niederdruckspeicher 44 auf. Dabei sind der Hochdruckspeicher 43 und der Niederdruckspeicher 44 mit einer Hydraulikleitung 45 sowie einem hydraulisch dazwischen geschaltetem hydraulischen Motor 38 hydraulisch miteinander verbunden. Der hydraulische Motor 38 ist dabei als eine Schrägscheibenmaschine 54 ausgebildet. Die Förderleistung der Hochdruckpumpe 1 als hydraulische Pumpe 41 an dem Zusatzkolben 14 kann dabei mit einer Zusatzzumesseinheit 34 (4) gesteuert und/oder geregelt werden. Die Antriebswelle 2 wird von dem Verbrennungsmotor 39 angetrieben. Bei einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 2 um die Rotationsachse 26 führen damit sowohl der Kolben 5 als auch der Zusatzkolben 14 eine oszillierende Bewegung aus. Dadurch kann mit dem Zusatzkolben 14 Hydraulikflüssigkeit von dem Niederdruckspeicher 44 dem Hochdruckspeicher 43 unter einem höheren Druck zugeführt werden und dadurch hydraulische Energie in dem Hochdruckspeicher 43 gespeichert werden. Zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie kann mittel nicht dargestellter Ventilen an den Hydraulikleitungen 45 die Hydraulikflüssigkeit unter Hochdruck von dem Hochdruckspeicher 43 durch den hydraulischen Motor 38 dem Niederdruckspeicher 44 zugeführt bzw. zugeleitet werden und diese hydraulische Energie wird von dem hydraulischen Motor 38 in mechanische Energie umgewandelt werden. Dabei ist eine nicht dargestellte Antriebswelle des hydraulischen Motors 38 mechanisch mit wenigstens einem Antriebsrad 53 des Kraftfahrzeuges 52 verbunden, so dass dadurch mittels hydraulischer Energie aus dem Hochdruckspeicher 43 das Antriebsrad 53 des Kraftfahrzeuges 52 angetrieben werden kann. Bei einem gleichzeitigen Fördern von Hydraulikflüssigkeit mit dem Zusatzkolben 14 in den Hochdruckspeicher 43 und einem Leiten von Hydraulikflüssigkeit von dem Hochdruckspeicher 43 durch den hydraulischen Motor 38 zu dem Niederdruckspeicher 44 dient das hydraulische Hybridsystem 37 bei einem Antrieb der Antriebswelle 2 mit dem Verbrennungsmotor 39 auch als hydraulischer Antriebsstrang 48 und bei einem Einsatz der Schrägscheibenmaschine 54 als hydraulischer Motor 38 kann der hydraulische Antriebsstrang 38 auch als hydraulisches Getriebe 49 fungieren. Die Schrägscheibenmaschine 54 weist eine rotierende Zylindertrommel mit Kolbenbohrungen auf und innerhalb der Kolbenbohrungen sind Kolben beweglich gelagert (nicht dargestellt). Eine Schwenkwiege der Schrägscheibenmaschine 54 ist verschwenkbar und mit einem unterschiedlichen Schwenkwinkel der Schwenkwiege kann die Förderleistung der Schrägscheibenmaschine 54 gesteuert werden und mit einer Steuerung der Zusatzzumesseinheit 34 kann die Förderleistung des wenigstens einen Zusatzkolbens 14 als hydraulische Pumpe 41 gesteuert werden. Dabei können abweichend von der in 4 dargestellten Ausbildung der Hydraulikleitungen 45 mittels nicht dargestellter Hydraulikleitungen 45 auch eine direkte hydraulische Verbindung von dem Zusatzarbeitsraum 51 zu dem hydraulischen Motor 38 bestehen und umgekehrt. Bei einem Antrieb der Antriebswelle 2 durch kinetische Energie des Kraftfahrzeuges 52 in einem Rekuperationsbetrieb kann somit mittels des Zusatzkolbens 14 kinetische Energie des Kraftfahrzeuges 52 in hydraulische Energie umgewandelt und in dem Hochdruckspeicher 43 gespeichert werden.
Ein Verbrennungsmotorsystem 50 umfasst sowohl das Hochdruckeinspritzsystem 36 als auch das hydraulische Hybridsystem 37.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 und dem erfindungsgemäßen hydraulischen Hybridsystem 37 wesentliche Vorteile verbunden. Eine an dem Kraftfahrzeug 52 ohnehin vorhandene Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff kann durch den Einsatz des Zusatzkolbens 14 bzw. einer Zusatzfördereinheit auch zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit eingesetzt werden. Dadurch ist in vorteilhafter Weise für das hydraulische Hybridsystem 37 für die hydraulische Pumpe 41 keine zusätzliche Pumpe bzw. Pumpeneinheit erforderlich, sondern die ohnehin vorhandene Hochdruckpumpe 1 für den Kraftstoff kann mit nicht wesentlichen Änderungen eingesetzt werden, um auch die Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Hybridsystems 37 zu fördern. Das hydraulische Hybridsystem 37 wird insbesondere bei Kraftfahrzeugen 52 mit einem Verbrennungsmotor 39 mit zwei bis vier Zylindern sowie einer Leistung bis zu 170 kW eingesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006045933 A1 [0005]
DE 10356262 A1 [0006]

Claims

Hochdruckpumpe (1) zum Fördern eines Fluides, insbesondere von Kraftstoff, z. B. Diesel oder Benzin, umfassend – ein Gehäuse (8), – eine Antriebswelle (2) mit wenigstens einem Nocken (3), – wenigstens einen Kolben (5) zum Fördern von Kraftstoff, – wenigstens einen Zylinder (6) zur Lagerung des wenigstens einen Kolbens (5), – wobei sich der wenigstens eine Kolben (5) mittelbar auf der Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) abstützt, so dass von dem wenigstens einen Kolben (5) eine Translationsbewegung aufgrund einer Rotationsbewegung der Antriebswelle (2) ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) wenigstens einen Zusatzkolben (14) zum Fördern eines zusätzlichen Fluides, insbesondere von Hydraulikflüssigkeit, und wenigstens einen Zusatzzylinder (15) zur Lagerung des wenigstens einen Zusatzkolbens (14) aufweist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des wenigstens einen Zusatzkolbens (14) größer, insbesondere um wenigstens 10%, 30%, 50% oder 100% größer, ist als der Durchmesser des wenigstens einen Kolbens (5).
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) einen Schmierraum (40), innerhalb dessen die Antriebswelle (2) mit dem wenigstens einen Nocken (3) angeordnet ist, zur Schmierrung und Kühlung der Antriebswelle (2) aufweist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) mit wenigstens einem Dichtelement (17) für den wenigstens einen Zusatzkolbens (14) versehen ist zum Abdichten wenigstens eines Zusatzarbeitsraumes (51) an dem Zusatzkolben (14) bezüglich des Schmierraumes (40).
Hochdruckpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) eine Zusatzzumesseinheit (34) an einem Zusatzeinlasskanal (55) aufweist zur Steuerung und/oder Regelung des dem wenigstens einen Zusatzarbeitsraum (51) an dem Zusatzkolben (14) zuführbaren Volumenstromes an Fluid.
Hydraulisches Hybridsystem (37) für ein Kraftfahrzeug (52), umfassend – einen hydraulischen Motor (38) zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, – eine hydraulische Pumpe (41) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, – einen Druckspeicher (42) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe (41) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und der wenigstens eine Zusatzkolben (14) zum Fördern von Hydraulikflüssigkeit in dem Hybridsystem (37) dient.
Hydraulisches Hybridsystem gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridsystem (37) einen Niederdruckspeicher (42, 44) und einen Hochdruckspeicher (42, 43) umfasst.
Hydraulisches Hybridsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Pumpe (41) und der hydraulische Motor (38) mit wenigstens einer Hydraulikleitung (45) hydraulisch leitend miteinander verbunden sind, so dass die hydraulische Pumpe (41) und der hydraulische Motor (38) als hydraulischer Antriebsstrang (48), insbesondere als hydraulisches Getriebe (49), zur hydraulischen Kraftübertragung von einem Verbrennungsmotor (39) zu wenigstens einem Antriebsrad (53) des Kraftfahrzeuges (52) dienen.
Hydraulisches Hybridsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Motor (38) als eine Schrägscheibenmaschine (54) ausgebildet ist und/oder die hydraulische Pumpe (41) und/oder der hydraulische Motor (38) und/oder der wenigstens eine Druckspeicher (42) mit wenigstens einer Hydraulikleitung (45) hydraulisch leitend miteinander verbunden sind.
Verbrennungsmotorsystem (50) für ein Kraftfahrzeug (52), umfassend – ein Hochdruckeinspritzsystem (36) mit einer Hochdruckpumpe (1), einem Hochdruck-Rail (30), einer Vorförderpumpe (35) zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (32) zu der Hochdruckpumpe (1), – ein hydraulisches Hybridsystem (37) mit einem hydraulischen Motor (38) zur Umwandlung von hydraulischer Energie in mechanische Energie, einer hydraulische Pumpe (41) zur Umwandlung von mechanischer Energie in hydraulische Energie, einem Druckspeicher (42) zur Speicherung von hydraulischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) des Hochdruckeinspritzsystems (36) und die hydraulische Pumpe (41) des hydraulischen Hybridsystems (37) als Hochdruckpumpe (1) gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5 ausgebildet ist.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (1) des Hochdruckeinspritzsystems (36) und die hydraulische Pumpe (41) des hydraulischen Hybridsystems (37) von nur einer Baueinheit gebildet sind.
Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kolben (5) der Hochdruckpumpe (1) zum Fördern von Kraftstoff zu dem Hochdruck-Rail (30) und der wenigstens eine Zusatzkolben (14) der Hochdruckpumpe (1) zum Fördern der Hydraulikflüssigkeit des hydraulischen Hybridsystems (37) dient.