DE102012223892A1

DE102012223892A1 - Rotationskolbenpumpe

Info

Publication number: DE102012223892A1
Application number: DE201210223892
Authority: DE
Inventors: Christian Langenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Rotationskolbenpumpe (16) zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens ein Laufrad (52) mit Förderelementen (53), von dem um eine Rotationsachse (61) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an dem Laufrad (52) vorhandenen Arbeitsraum, der in einen Zuströmarbeitsraum und in einen Abströmarbeitsraum unterteilt ist, einen in den Zuströmarbeitsraum mündenden Zuströmkanal (65) zum Einleiten des zu fördernden Fluides in den Zuströmarbeitsraum und einen in den Abströmarbeitsraum mündende Abströmkanal (66, 67) zum Ableiten des zu fördernden Fluides aus dem Abströmarbeitsraum (64), wobei die Rotationskolbenpumpe (16) einen ersten und zweiten als getrennte in den Abströmarbeitsraum mündende Abströmkanäle (66, 67) aufweist und die Position des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist zur Steuerung Volumenstromes des durch den Zuströmkanal (65) in den Zuströmarbeitsraum einströmenden Fluides und/oder des Volumenstromes des durch den ersten Abströmkanal (66) und/oder des Volumenstromes des durch den zweiten Abströmkanal (67) aus dem Abströmarbeitsraum ausströmenden Fluides.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rotationskolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, eine Rotationskolbenpumpe mit Elektromotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9 und ein Hochdruckeinspritzsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 12
Stand der Technik
Rotationskolbenpumpen mit Elektromotor werden für die verschiedensten technischen Anwendungen zum Fördern eines Fluides eingesetzt. Beispielsweise dienen Vorförderpumpen als Kraftstoffpumpen zum Fördern von Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe.
In Hochdruckeinspritzsystemen werden dabei als Vorförderpumpen auch Gerotorpumpen mit einem Innenzahnrad und einem exzentrisch dazu gelagerten Außenzahnrad eingesetzt. Die Gerotorpumpen weisen dabei einen Zuströmkanal auf, der in einem Zuströmarbeitsraum mündet, um das zu fördernde Fluid in den Zuströmarbeitsraum einzuleiten und einen Abströmkanal, welcher in einen Abströmarbeitsraum mündet, um das zu fördernde Fluid aus dem Abströmarbeitsraum auszuleiten. Der Zuströmarbeitsraum stellt damit eine Saugseite eines Arbeitsraumes der Gerotorpumpe dar und der Abströmarbeitsraum stellt eine Druckseite des Arbeitsraumes dar.
In Hochdruckeinspritzsystemen mit einer Hochdruckpumpe und einer, z. B. elektrischen, Vorförderpumpe als Gerotorpumpe ist es dabei bekannt, dass ein Teil des von der Vorförderpumpe geförderten Kraftstoffes in einen Schmierraum der Hochdruckpumpe eingeleitet wird und ein anderer Teil des Kraftstoffes durch eine Zumesseinheit dem Einlasskanal der Hochdruckpumpe zugeführt wird. Die Steuerung und/oder Regelung der von der Hochdruckpumpe geförderten Menge an Kraftstoff erfolgt dabei durch eine in der Anschaffung teure Zumesseinheit. Darüber hinaus ist es bekannt, die Fördermenge der Hochdruckpumpe ohne eine Zumesseinheit zu steuern und oder zu regeln. Hierbei handelt es sich um eine elektrische Vorförderpumpe deren Förderleistung steuerbar und/oder regelbar ist. Dabei wird wiederum der Kraftstoff von der Vorförderpumpe von einem Kraftstofftank dem Schmierraum und dem Einlasskanal der Hochdruckpumpe zugeführt. Eine derartige Regelung der von der Hochdruckpumpe geförderten Menge an Kraftstoff ohne eine Zumesseinheit wird als Feed Pump Control (FPC) bezeichnet.
Aus der DE 36 24 532 C2 ist eine Flügelzellen- oder innenachsige Zahnradpumpe mit mehreren abgeschlossenen Förderzellen bekannt, deren Volumen sich während eines Umlaufs von einem Minimal- auf einen Maximalwert und zurück ändert. Die Pumpe wird insbesondere zur Brennstoffförderung einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Mit axial in die Förderzellen eintretenden Saug- und Druckkanälen, deren Mündungsquerschnitte für eine Förderung ohne innere Verdichtung ausgelegt sind, eine solche jedoch durch gegen axiale Flächen der Pumpenteile angelegte, Rückschlagventile bildende feststehende Anlaufscheiben erreicht ist.
Aus der DE 34 06 349 A1 ist eine Verdrängermaschine mit mindestens zwei Zahnradmaschinen bekannt, denen ein eigener oder gemeinsamer Hydraulikkreis zugeordnet ist, und deren gemeinsamer Förderstrom durch ein Steuermittel veränderbar ist, wobei das Steuermittel in einem Gehäuseteil der Verdrängermaschine angeordnet ist.
Die DE 299 13 367 U1 zeigt eine Innenzahnradpumpe mit wenigstens einem innenverzahnten Hohlrad und einem damit kämmenden, außen verzahnten Laufrad, mit oder ohne Sichel, und mit einem elektrischen Antrieb, der dadurch gebildet ist, dass das Hohlrad das Innere eines Rotors eines bürstenlosen Elektromotors und dem Rotor benachbart ein Stator angeordnet ist, wobei der das Hohlrad enthaltende Rotor außenseitig von einem Lager oder einem Gleitlager drehbar gehalten ist, wobei der Stator gegenüber dem Rotor und gegenüber dem Inneren der Pumpe dadurch abgeschirmt und abgedichtet ist, dass das zwischen Stator und Rotor befindliche Lager oder Gleitlager für Flüssigkeit undurchlässig und an seinen beiden Stirnseiten jeweils mit einem Abschlussdeckel dicht verbunden ist.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe zum Fördern eines Fluides, umfassend wenigstens ein Laufrad mit Förderelementen, von dem um eine Rotationsachse eine Rotationsbewegung ausführbar ist, einen an dem Laufrad vorhandenen Arbeitsraum, der in einen Zuströmarbeitsraum und in einen Abströmarbeitsraum unterteilt ist, einen in den Zuströmarbeitsraum mündenden Zuströmkanal zum Einleiten des zu fördernden Fluides in den Zuströmarbeitsraum und einen in den Abströmarbeitsraum mündende Abströmkanal zum Ableiten des zu fördernden Fluides aus dem Abströmarbeitsraum, wobei die Rotationskolbenpumpe einen ersten und zweiten als getrennte in den Abströmarbeitsraum mündende Abströmkanäle aufweist und die Position des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum verstellbar ist zur Steuerung des Volumenstromes des durch den Zuströmkanal in den Zuströmarbeitsraum einströmenden Fluides und/oder des Volumenstromes des durch den ersten Abströmkanal und/oder des Volumenstromes des durch den zweiten Abströmkanal aus dem Abströmarbeitsraum ausströmenden Fluids.
In vorteilhafter Weise kann dadurch getrennt der durch den ersten und zweiten Abströmkanal geleitete Volumenstrom des Fluids separat gesteuert und/oder geregelt werden, sodass für die beiden Abströmkanäle nur diejenige Menge des Fluids von der Rotationskolbenpumpe gefördert wird, welches tatsächlich für die Anwendung erforderlich ist. Soll beispielsweise durch den ersten Abströmkanal kein Fluid gefördert werden und durch den zweiten Abströmkanal ein Volumenstrom gefördert werden, ist es nicht erforderlich, mittels eines Bypasskanals von dem ersten Abströmkanal zu dem Zuströmkanal die Rotationskolbenpumpe hydraulisch an dem ersten Abströmkanal kurzzuschließen, sondern es wird nur diejenige Menge von der Rotationskolbenpumpe gefördert, welche tatsächlich getrennt an dem ersten und/oder zweiten Abströmkanal erforderlich ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise mechanische Energie zum Betrieb der Rotationskolbenpumpe eingespart werden.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der erste Abströmkanal unabhängig von dem zweiten Abströmkanal und/oder unabhängig von dem Zuströmkanal verstellbar und/oder der zweite Abströmkanal ist unabhängig von dem ersten Abströmkanal und/oder unabhängig von dem Zuströmkanal verstellbar und/oder der Zuströmkanal ist unabhängig von dem ersten Abströmkanal und/oder unabhängig von dem zweiten Abströmkanal verstellbar. Der erste und zweite Abströmkanal sowie der Zuströmkanal sind unabhängig voneinander verstellbar, sodass die durch den ersten und zweiten Abströmkanal sowie durch den Zuströmkanal geleiteten Volumenströme des Fluids getrennt und unabhängig für verschiedene Anwendungen verstellt werden können.
In einer ergänzenden Variante ist als Position eine Drehwinkellage des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum verstellbar und/oder als Position die Größe des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum verstellbar. Zur Veränderung des durch den ersten Abströmkanal geleiteten Volumenstroms an Fluid kann somit entweder die Drehwinkellage des ersten Abströmkanals relativ zu dem Arbeitsraum verstellt werden und/oder es wird die Größe des ersten Abströmkanals verstellt. Bei einer Verstellung der Größe des ersten Abströmkanals wird beispielsweise mittels einer Abdeckscheibe oder einer Abdeckplatte die Größe des ersten Abströmkanals an einem Gehäuse der Rotationskolbenpumpe verändert.
In einer zusätzlichen Ausgestaltung ist der Zuströmkanal an einer ersten Stellscheibe ausgebildet und die erste Stellscheibe ist um eine Stellachse verschwenkbar.
In einer ergänzenden Variante sind der erste Abströmkanal und/oder der zweite Abströmkanal an einer zweiten Stellscheibe ausgebildet und die zweite Stellscheibe ist um eine Stellachse verschwenkbar. Die erste und/oder zweite Stellscheibe ist beispielsweise an einem Gehäuse der Rotationskolbenpumpe ausgebildet und die erste und zweite Stellscheibe bildet auch einen Teil des Gehäuses. Dabei kann die erste und zweite Stellscheibe beispielsweise einfach mittels einer Gleitlagerung an dem übrigen, nicht beweglichen Gehäuse gelagert sein und dadurch kann die erste und/oder die zweite Stellscheibe besonders einfach und preiswert bezüglich des übrigen Gehäuses bzw. des Arbeitsraumes verschwenkt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Position des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum mittels wenigstens eines Aktors oder hydraulisch verstellbar. Ein Aktor ist beispielsweise ein elektrischer Stellmotor oder Servomotor, ein Piezoelement oder ein Elektromagnet.
Zweckmäßig ist die erste Stellscheibe und/oder die zweite Stellscheibe mittels des wenigstens einen Aktors oder hydraulisch verschwenkbar.
In einer ergänzenden Variante sind Förderelemente Zähne eines Zahnrades und/oder die Rotationskolbenpumpe ist eine Zahnradpumpe, vorzugsweise Innenzahnradpumpe, insbesondere Gerotorpumpe, und/oder die Rotationskolbenpumpe umfasst ein Gehäuse und vorzugsweise sind die erste und/oder zweite Stellscheibe und/oder der Zuströmkanal und/oder der erste und/oder zweite Abströmkanal an dem Gehäuse ausgebildet.
Erfindungsgemäße Rotationskolbenpumpe mit Elektromotor, wobei die Rotationskolbenpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Rotationskolbenpumpe ausgebildet ist.
In einer ergänzenden Ausführungsform ist der Elektromotor in die Rotationskolbenpumpe, insbesondere die Zahnradpumpe, integriert, insbesondere indem ein Rotor des Elektromotors ein Laufrad bildet, vorzugsweise indem Permanentmagnete in das Laufrad eingebaut sind.
In einer weiteren Variante ist die Förderleistung der Rotationskolbenpumpe, vorzugsweise mit integriertem Elektromotor, steuerbar und/oder regelbar, insbesondere indem die Leistung und/oder Drehzahl des Elektromotors steuerbar und/oder regelbar ist.
Erfindungsgemäßes Hochdruckeinspritzsystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend eine Hochdruckpumpe, ein Hochdruck-Rail, eine Vorförderpumpe zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank durch eine erste Kraftstoffleitung zu einem Einlasskanal der Hochdruckpumpe und durch eine zweite Kraftstoffleitung zu einem Schmierraum der Hochdruckpumpe, wobei die Vorförderpumpe als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Hochdruckpumpe ausgebildet ist und ein erster der beiden Abströmkanäle der Rotationskolbenpumpe in die erste Kraftstoffleitung mündet und ein zweiter der beiden Abströmkanäle der Rotationskolbenpumpe in die zweiten Kraftstoffleitung mündet. Der Volumenstrom des durch den ersten und zweiten Abströmkanal geleiteten Kraftstoff ist getrennt steuerbar und/oder regelbar. In einem Schubbetrieb eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel bei einer Bergabfahrt, ist es im Allgemeinen nur erforderlich, Kraftstoff durch den zweiten Abströmkanal und dadurch durch den Schmierraum zu leiten und durch den ersten Abströmkanal keinen Kraftstoff zu leiten, weil der Verbrennungsmotor bzw. die Hochdruckpumpe in der Folge hiervon keinen Kraftstoff benötigt. Hier ist es möglich, dass durch eine Veränderung der Stellung der Position des ersten und/oder zweiten Abströmkanals lediglich durch den zweiten Abströmkanal Kraftstoff gefördert wird und durch den ersten Abströmkanal kein Kraftstoff von der Vorförderpumpe gefördert wird. Dadurch ist es in vorteilhafter Weise nicht erforderlich, mittels eines Bypasskanals Kraftstoff aus dem ersten Abströmkanal dem Zuströmkanal bzw. einer Kraftstoffleitung von dem Kraftstofftank zu der Vorförderpumpe bzw. dem Kraftstofftank zuzuführen. Dadurch wird im Schubbetrieb von der Vorförderpumpe nur diejenige Menge an Kraftstoff gefördert, welche tatsächlich erforderlich ist zur Schmierung des Schmierraums und dadurch kann mechanische Energie für den Betrieb der Vorförderpumpe eingespart werden.
In einer ergänzenden Variante besteht im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung zwischen der ersten Kraftstoffleitung und der zweiten Kraftstoffleitung. Zwischen den beiden Abströmkanälen besteht somit im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung durch den Abströmarbeitsraum. Dies wird insbesondere durch eine Geometrie bzw. einen Abstand der beiden Abströmkanäle zur Verfügung gestellt, so dass ständig wenigstens ein Förderelement des Laufrades innerhalb des Abströmarbeitsraumes einen Abströmkanal von dem anderen Abströmkanal abdichtet. Druckstöße an einem Abströmkanal gelangen dadurch nicht in den anderen Abströmkanal. Im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung bedeutet vorzugsweise, dass im Betrieb der Rotationskolbenpumpe bei Druckdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Abströmkanal weniger als 30%, 20%, 10%, 5% oder 2% des Fluides durch den Abströmarbeitsraum aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Abströmkanal strömt als durch den Abströmarbeitsraum strömen würde, sofern der Abströmarbeitsraum nicht mit dem Laufrad mit den Förderelementen abgedichtet wäre.
In einer zusätzlichen 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 und/oder in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem Schmierraum ist die Position des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum verstellbar, insbesondere indem die erste und/oder zweite Stellscheibe in hydraulischer Wirkverbindung mit dem Kraftstoff in dem Schmierraum steht und/oder in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem Hochdruck-Rail ist die Position des ersten Abströmkanals und/oder des zweiten Abströmkanals und/oder des Zuströmkanals an dem Arbeitsraum verstellbar, insbesondere indem die erste und/oder zweite Stellscheibe in hydraulischer Wirkverbindung mit dem Kraftstoff in dem Hochdruck-Rail oder mit dem aus dem Hochdruck-Rail ausgeleiteten Kraftstoff steht. In Hochdruckeinspritzsystemen kann an dem Hochdruck-Rail ein Hochdruckventil angeordnet sein und bei einem Überschreiten eines vorgegebenen Drucks an dem Hochdruck-Rail wird das Hochdruckventil so lange geöffnet, bis der Druck in dem Hochdruck-Rail unterhalb des vorgegebenen Drucks absinkt und der aus dem Hochdruck-Rail abgeleitete Kraftstoff wird beispielsweise dem Kraftstofftank zugeführt. Der Kraftstoff in dem Hochdruck-Rail oder der aus dem Hochdruck-Rail durch das Hochdruckventil abgeleitete Kraftstoff kann dabei in hydraulischer Wirkverbindung beispielsweise mit der zweiten Stellscheibe stehen und an der zweiten Stellscheibe ist beispielsweise der erste Abströmkanal ausgebildet. Dadurch kann mittels des Kraftstoffs in dem Hochdruck-Rail oder mit dem aus dem Hochdruck-Rail abgeleiteten Kraftstoff an dem Hochdruckventil die Position des ersten Abströmkanals verstellt werden, sodass bei einem ansteigenden Druck in dem Hochdruck-Rail oder bei einem Ableiten von Kraftstoff aus dem Hochdruck-Rail durch das Hochdruckventil der Volumenstrom des durch den ersten Abströmkanal geleiteten Kraftstoffs zu der Hochdruckpumpe reduziert wird und umgekehrt.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die Vorförderpumpe eine Vorförderpumpe mit Elektromotor und die Vorförderpumpe ist als eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Vorförderpumpe ausgebildet.
Vorzugsweise umfasst die Innenzahnradpumpe ein Innenzahnrad mit einem Innenzahnring und ein Außenzahnrad mit einem Außenzahnring, wobei die Zähne des Innenzahnringes mit den Zähnen des Außenzahnringes ineinander kämmen und der Arbeitsraum zwischen Innenzahnrad und dem Außenzahnrad ausgebildet ist.
In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das Innenzahnrad exzentrisch zu dem Außenzahnrad gelagert.
In einer Variante ist die Menge, insbesondere das Volumen, des durch die beiden Abströmkanäle geförderten Fluides je Umdrehung des wenigstens einen Laufrades unterschiedlich, insbesondere ist die durch den ersten Abströmkanal geleitete Menge des Fluides größer als die durch den zweiten Abströmkanal geleitete Menge des Fluides. Von der Rotationskolbenpumpe können somit unterschiedliche Volumenströme an dem ersten Abströmkanal und an dem zweiten Abströmkanal der beiden getrennten Abströmkanäle zur Verfügung gestellt werden. Die Rotationskolbenpumpe kann dadurch zwei getrennte Volumenströme mit einem unterschiedlichen Volumenstrom wie zwei unterschiedlichen Rotationskolbenpumpen mit einer unterschiedlichen Förderleistung zur Verfügung stellen.
Zweckmäßig ist die Position des ersten und zweiten Abströmkanales unabhängig voneinander verstellbar. Dadurch kann bis zu einer bestimmten Drehzahl des Rotationskolbens von der Rotationskolbenpumpe ein zweiter Volumenstrom, der durch den zweiten Abströmkanal geleitet wird, zur Verfügung gestellt werden und durch den ersten Abströmkanal wird kein oder nur ein sehr geringer Volumenstrom geleitet.
Insbesondere ist die Förderleistung der Rotationskolbenpumpe, vorzugsweise mit integriertem Elektromotor, steuerbar und/oder regelbar, insbesondere indem die Leistung und/oder Drehzahl des Elektromotors steuerbar und/oder regelbar ist.
In einer ergänzenden Variante besteht im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung zwischen der ersten Kraftstoffleitung und der zweiten Kraftstoffleitung. Drückstöße in dem Schmierraum gelangen dadurch nicht zu dem Einlassventil der Hochdruckpumpe und auch bei Druckstößen innerhalb des Schmierraumes aufgrund der oszillierenden Bewegung des Kolbens der Hochdruckpumpe ist dadurch die Funktion der Hochdruckpumpe an dem Einlassventil der Hochdruckpumpe nicht eingeschränkt. Die Rotationskolbenpumpe ist dabei dahingehend ausgebildet, dass in jeder Stellung des Laufrades der Rotationskolbenpumpe im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Abströmkanälen durch den Abströmarbeitsraum der Rotationskolbenpumpe besteht. Insbesondere die Zahnräder der Gerotorpumpe trennen dabei ständig den Abströmarbeitsraum an dem ersten Abströmkanal von dem Abströmarbeitsraum an dem zweiten Abströmkanal ab. Im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung zwischen der ersten und zweiten Kraftstoffleitung bedeutet vorzugsweise, dass im Betrieb der Rotationskolbenpumpe bei Druckdifferenzen zwischen dem ersten und zweiten Abströmkanal bzw. zwischen der ersten und zweiten Kraftstoffleitung weniger als 30%, 20%, 10%, 5% oder 2% des Fluides durch den Abströmarbeitsraum aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Abströmkanal strömt als durch den Abströmarbeitsraum strömen würde, sofern der Abströmarbeitsraum nicht mit dem Laufrad mit den Förderelementen abgedichtet wäre.
In einer weiteren Variante sind der erste und zweite Abströmkanal unabhängig voneinander verstellbar. In bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors in dem Kraftfahrzeug, z. B. bei einer Bergabfahrt des Kraftfahrzeuges, ist es erforderlich, dass durch die erste Kraftstoffleitung zu dem Einlassventil der Hochdruckpumpe kein Kraftstoff gefördert wird, weil bei einer Begabfahrt an dem Verbrennungsmotor kein Kraftstoff erforderlich ist und trotzdem eine Schmierung der Hochdruckpumpe erforderlich ist aufgrund der Bewegung der sich bewegenden Teile in der Hochdruckpumpe. Mittels der getrennten Verstellung der Position des ersten und zweiten Abströmkanales kann der durch den ersten Abströmkanal kein Kraftstoff gefördert werden, so dass dadurch kein Kraftstoff zu dem Einlassventil der Hochdruckpumpe gelangt und trotzdem durch den zweiten Abströmkanal Kraftstoff durch den Schmierraum geleitet wird.
Vorzugsweise sind die Förderelemente Schaufeln eines Zahnrades. Zweckmäßig ist die Rotationskolbenpumpe eine Drehschieberpumpe, eine Drehkolbenpumpe oder eine Kreiselpumpe.
Zweckmäßig umfasst die Rotationskolbenpumpe mit, vorzugsweise integriertem, Elektromotor eine, vorzugsweise elektronische, Steuerungseinheit zur Steuerung der Bestromung der Elektromagnete und/oder der Elektromotor ist ein bürstenloser oder ein elektronisch kommutierter Elektromotor.
Zweckmäßig besteht das Gehäuse der Rotationskolbenpumpe und/oder das Gehäuse der Hochdruckpumpe und/oder das Innen- und/oder Außenzahnrad wenigstens teilweise, insbesondere vollständig, aus Metall, z. B. Stahl oder Aluminium.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
1 einen Querschnitt einer Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluides,
2 einen Schnitt A-A gemäß 1 einer Laufrolle mit Rollenschuh und einer Antriebswelle,
3 eine stark schematisierte Ansicht eines Hochdruckeinspritzsystems,
4 einen stark vereinfachten Querschnitt der Hochdruckpumpe mit einer Vorförderpumpe,
5 eine perspektivische Ansicht einer Vorförderpumpe ohne Gehäuse und eines Stators,
6 eine Explosionsdarstellung der Vorförderpumpe gemäß 5 mit Gehäuse,
7 einen Querschnitt eines Innen- und Außenzahnrades der Vorförderpumpe gemäß 5,
8 eine stark vereinfachte Darstellung eines Arbeitsraumes der Vorförderpumpe gemäß 7 mit einem Zuströmkanal und einem ersten und zweiten Abströmkanal in einer Position gemäß 7 und
9 eine stark vereinfachte Darstellung des Arbeitsraumes der Vorförderpumpe gemäß 7 mit dem Zuströmkanal und dem ersten und zweiten Abströmkanal in bezüglich 7 veränderten Position.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Querschnitt einer Hochdruckpumpe 1 zum Fördern von Kraftstoff dargestellt. Die Hochdruckpumpe 1 dient dazu, Kraftstoff, z. B. Benzin oder Diesel, zu einem Verbrennungsmotor 39 für ein Kraftfahrzeug unter Hochdruck zu fördern. Der maximal von der Hochdruckpumpe 1 erzeugbare Druck liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen 1000 und 3000 bar.
Die Hochdruckpumpe 1 weist 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 steht senkrecht auf der Zeichenebene von 2. Ein Kolben 5 ist in einem Zylinder 6 gelagert, der von einem Gehäuse 8 der Hochdruckpumpe 1 gebildet ist. Ein Hochdruckarbeitsraum 29 wird von dem Zylinder 6 als Kolbenführung 7, dem Gehäuse 8 und dem Kolben 5 begrenzt. In den Hochdruckarbeitsraum 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 Hochdruckarbeitsraum 29 ein und durch den Auslasskanal 24 mit einer Auslassöffnung 23 strömt der Kraftstoff unter Hochdruck aus den Hochdruckarbeitsraum 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 Hochdruckarbeitsraumes 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 liegt und senkrecht auf der Zeichenebene von 2 steht. Die Antriebswelle 2 mit wenigstens zwei 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.
In 3 ist in stark schematisierter Darstellung ein Hochdruckeinspritzsystem 36 für das Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) abgebildet mit einem Hochdruck-Rail 30 oder einem Kraftstoffverteilerrohr 31. Von dem Hochdruck-Rail 30 bzw. einem Kraftstoffverteilerrohr 31 wird der Kraftstoff mittels Ventilen (nicht dargestellt) in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 eingespritzt. Eine elektrische Vorförderpumpe 35 fördert Kraftstoff von einem Kraftstofftank 32 durch eine erste Kraftstoffleitung 33a zu dem Einlasskanal 22 und durch eine zweite Kraftstoffleitung 33b zu einem Schmierraum 40 (4) der Hochdruckpumpe 1. Die Hochdruckpumpe 1 wird dabei von der Antriebswelle 2 angetrieben und die Antriebswelle 2 ist eine Welle, z. B. eine Kurbel- oder Nockenwelle, des Verbrennungsmotors 39. Die Förderleistung der elektrischen Vorförderpumpe 35 ist steuerbar und/oder regelbar, so dass dadurch die zu dem Einlasskanal 22 geförderte Menge an Kraftstoff gesteuert und/oder geregelt werden kann. Das Hochdruck-Rail 30 dient dazu, den Kraftstoff in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 39 einzuspritzen. Der von der Hochdruckpumpe 1 nicht benötigte Kraftstoff wird dabei durch eine optionale Kraftstoffrücklaufleitung 34 wieder in den Kraftstofftank 32 zurückgeleitet.
4 zeigt einen Teil des Hochdruckeinspritzsystems 36. Innerhalb des Gehäuses 8 der Hochdruckpumpe 1 ist der Schmierraum 40 ausgebildet. In dem Schmierraum 40 sind die Antriebswelle 2, die Laufrolle 10, der Rollenschuh 9 (nicht in 4) dargestellt und teilweise der Kolben 5 angeordnet. Durch den durch den Schmierraum 40 geleiteten Kraftstoff werden diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 von dem Kraftstoff geschmiert. Der durch die zweite Kraftstoffleitung 33b in den Schmierraum 40 eingeleitete Kraftstoff wird durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 aus dem Schmierraum 40 ausgeleitet dem Kraftstofftank 32 wieder zugeführt (4). In 4 ist das in 3 dargestellte Hochdruckeinspritzsystem 36 detaillierter ohne dem Hochdruck-Rail 30 und ohne dem Verbrennungsmotor 39 dargestellt. Der von der Vorförderpumpe 35 aus dem Kraftstofftank 32 angesaugte Kraftstoff wird von der Vorförderpumpe 35 mit einem Vorförderdruck, z. B. von 4 bar, durch die erste Kraftstoffleitung 33a dem Einlasskanal 22 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt. Ferner wird der von der Vorförderpumpe 35 geförderte Kraftstoff während eines Betriebes des Verbrennungsmotors 39 durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt zur Schmierung, z. B. der Antriebswelle 2, der Laufrolle 10 und des Kolbens 5. Nach dem Durchströmen des Kraftstoffes durch den Schmierraum 40 wird der Kraftstoff wieder durch die Kraftstoffrücklaufleitung 34 dem Kraftstofftank 32 zugeführt. Dadurch können diese Komponenten 2, 5, 9 und 10 geschmiert sowie auch gekühlt werden. Die Vorförderpumpe 35 fördert dabei neben der Fördermenge für die Hochdruckpumpe 1 an Kraftstoff auch eine zusätzliche Kraftstoffmenge zur Schmierung der Hochdruckpumpe 1, d. h. des Kraftstoffes der durch den Schmierraum 40 strömt.
Die elektrische Vorförderpumpe 35 weist einen Elektromotor 17 und eine Rotationskolbenpumpe 16, nämlich eine Zahnradpumpe 14, d. h. eine Innenzahnradpumpe 15 bzw. Gerotorpumpe 15 auf (5 und 6). Dabei ist der Elektromotor 17 der Gerotorpumpe 15 in die Gerotorpumpe 15 integriert. Die Hochdruckpumpe 1 fördert Kraftstoff unter Hochdruck, beispielsweise einem Druck von 1000, 3000 oder 4000 bar, durch eine Hochdruckkraftstoffleitung zu einem Hochdruck-Rail 31. Von dem Hochdruck-Rail 31 wird der Kraftstoff unter Hochdruck von einem Injektor einem Verbrennungsraum (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 39 zugeführt. Der Elektromotor 17 (5 und 6) der elektrischen Vorförderpumpe 35 wird mit Drehstrom bzw. Wechselstrom betrieben und ist in der Leistung und somit auch in der Drehzahl steuerbar und/oder regelbar. Der Drehstrom bzw. Wechselstrom für den Elektromotor 17 wird von einer nicht dargestellten Leistungselektronik aus einem Gleichspannungsnetz eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges 38 zur Verfügung gestellt. Die elektrische Vorförderpumpe 35 ist damit eine elektronisch kommutierte Vorförderpumpe 35.
Die elektrische Vorförderpumpe 35 bzw. Gerotorpumpe 15 weist ein Gehäuse 42 mit einem Gehäusetopf 44 und einem Gehäusedeckel 43 auf (6). Innerhalb des Gehäuses 42 der Vorförderpumpe 35 sind die Gerotorpumpe 15 als Innenzahnradpumpe 15 bzw. Zahnradpumpe 14 und der Elektromotor 17 angeordnet. Der Gehäusetopf 44 ist mit einer Aussparung 72 versehen. Der Elektromotor 17 weist einen Stator 47 mit Wicklungen 48 als Elektromagnete 49 und einen Weicheisenkern 70 als weichmagnetischen Kern 68, der als ein Blechpaket 69 ausgebildet ist. Innerhalb des Stators 47 ist die Gerotorpumpe 15 als Innenzahnradpumpe 15 mit einem Innenzahnrad 56 mit einem Innenzahnring 57 und ein Außenzahnrad 58 mit einem Außenzahnring 59 positioniert. Das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 stellt damit ein Zahnrad 54 und ein Laufrad 52 dar und der Innen- und Außenzahnring 57, 59 weisen Zähne 55 als Förderelemente 53 auf. Zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58 bildet sich ein Arbeitsraum 62 aus. In das Außenzahnrad 58 sind Permanentmagnete 51 eingebaut, so dass das Außenzahnrad 58 auch einen Rotor 50 des Elektromotors 17 bildet. Der Elektromotor 17 ist damit in die Gerotorpumpe 15 integriert bzw. umgekehrt. Die Elektromagnete 49 des Stators 47 werden abwechselnd bestromt, so dass aufgrund des sich an den Elektromagneten 49 entstehenden Magnetfeldes der Rotor 50 bzw. das Außenzahnrad 58 in eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse 61 versetzt wird.
Der Gehäusedeckel 43 dient als Lager 45 bzw. Axiallager 45 bzw. Gleitlager 45 für das Innen- bzw. Außenzahnrad 56, 58. Außerdem weist der Gehäusetopf 44 und der Gehäusedeckel 43 jeweils drei Bohrungen 71 auf, in denen nicht dargestellte Schrauben zum Zusammenschrauben des Gehäusetopfes 44 und des Gehäusedeckels 43 positioniert sind, wobei mit einer nicht dargestellten Dichtung der Gehäusetopf 44 und der Gehäusedeckel 43 fluiddicht aufeinander liegen. Die Aussparung 72 an dem Gehäusetopf 44 dient dazu, um an der Aussparung 72 elektrische Kontaktelemente oder Leitungen zu den Elektromagneten 49 zu führen.
In 7 ist der Querschnitt des Innenzahnrades 56 und des Außenzahnrades 58 der Gerotorpumpe 15 dargestellt. Zwischen dem Innenzahnrad 56 und dem Außenzahnrad 58 bildet sich der Arbeitsraum 62 der Innenzahnradpumpe 15 aus. Wird das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wobei das Innen- und Außenzahnrad 56, 58 exzentrisch zueinander gelagert sind, bildet sich an dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58, d. h. zwischen dem Innen- und Außenzahnrad 56, 58, der Arbeitsraum 62 aus. An einem Winkelbereich 73 von 180° bildet sich dabei ein Zuströmarbeitsraum 63 aus, an welchem sich der Arbeitsraum 62 vergrößert und dadurch eine Saugseite der Innenzahnradpumpe 15 vorliegt. An einem Winkelbereich 74 des Arbeitsraumes 62 entsteht der Abströmarbeitsraum 64, bei welchem sich der Arbeitsraum 62 verkleinert und dadurch eine Druckseite der Innenzahnradpumpe 15 entsteht. In den Zuströmarbeitsraum 63 mündet ein Zuströmkanal 65, welcher an dem Gehäuse 42 der Innenzahnradpumpe 15 ausgebildet ist. Der Zuströmkanal 65 weist dabei einen Winkelbereich 18 von weniger als 180° auf. In den Abströmarbeitsraum 64 mündet ein erster Abströmkanal 66 und ein zweiter Abströmkanal 67 mit je einem Winkelbereich 46. Der Zuströmkanal 65 und der erste und zweite Abströmkanal 66, 67 sind in 7 jeweils strichliert dargestellt. Aus dem Abströmarbeitsraum 64 kann somit durch zwei hydraulisch getrennte Abströmkanäle 66, 67 der Kraftstoff hydraulisch getrennt aus dem Abströmarbeitsraum 64 abgeleitet werden. Die Dichtstrecke bzw. der Winkelbereich 75 zwischen den beiden Abströmkanälen 66, 67, d. h. der Abstand zwischen den beiden Abströmkanälen 66, 67, ist dabei dahingehend gewählt, dass keine Leckage zwischen den beiden Abströmkanälen 66, 67 vorhanden ist, so dass in jeder Stellung des Innen- und Außenzahnrades 56, 58 keine fluidleitende Verbindung zwischen den beiden Abströmkanälen 66, 67 besteht. Es besteht somit im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung von dem zweiten Abströmkanal 67 zu dem ersten Abströmkanal 66.
Der durch den ersten Abströmkanal 66 geleitete Kraftstoff wird durch die erste Kraftstoffleitung 33a einem Einlassventil 19 der Hochdruckpumpe 1 zugeführt und der durch den zweiten Abströmkanal 67 geleitete Kraftstoff wird durch die zweite Kraftstoffleitung 33b dem Schmierraum 40 zugeführt (4). Aufgrund der fehlenden fluidleitenden Verbindung von dem zweiten Abströmkanal 67 in den ersten Abströmkanal 66 können dadurch Druckschwankungen in dem Schmierraum 40, welche aufgrund der oszillierenden Bewegungen des Kolbens 5 in dem Schmierraum 40 auftreten, sich nicht durch die Gerotorpumpe 15 und die erste Kraftstoffleitung 33a zu dem Einlassventil 19 der Hochdruckpumpe 1 fortpflanzen. Auch bei starken Druckschwankungen und Druckstößen in dem Schmierraum 40 ist dadurch eine ordnungsgemäße Funktion des Einlassventiles 19 als Rückschlagventil gewährleistet und somit auch eine ordnungsgemäße Funktion der Hochdruckpumpe 1. Die Förderleistung der Gerotorpumpe 15 ist steuerbar und/oder regelbar, da diese von einem in der Leistung steuerbaren Elektromotor 17 angetrieben ist. Eine aufwendige und teure Zumesseinheit ist nicht erforderlich und lediglich durch eine Steuerung und/oder Regelung der Förderleistung der Gerotorpumpe 15 und/oder einer Verstellung der Zu- und Abströmkanäle 65, 66, 67 kann die Förderleistung der Hochdruckpumpe 1 gesteuert und/oder geregelt werden.
An dem Gehäusedeckel 43 des Gehäuses 42 ist eine erste Stellscheibe 37 ausgebildet. Die erste Stellscheibe 37 ist mittels eines nicht dargestellten Gleitlagers bezüglich des übrigen Gehäuses 42 bzw. des Gehäusedeckels 43 gleitgelagert, sodass die erste Stellscheibe 37 um eine Stellachse 41 verschwenkbar ist. Die Stellachse 41 entspricht dabei einer Rotationsachse 61 des Innenzahnrades 56. An der ersten Stellscheibe 37 als Bestandteil des Gehäusedeckels 43 ist der Zuströmkanal 65 ausgebildet. In analoger Weise ist an dem Gehäusetopf 44 als Bestandteil des Gehäuses 42 eine zweite Stellscheibe 38 ausgebildet. Die zweite Stellscheibe 38 ist mittels eines nicht dargestellten Gleitlagers gleitgelagert bezüglich des Gehäusetopfes 44 und ist damit ebenfalls um die Stellachse 41 verschwenkbar. An der zweiten Stellscheibe 38 ist ein Stellhebel 76 ausgebildet und auf den Stellhebel 76 wirkt ein Aktor 77, zum Beispiel ein elektrischer Servermotor, ein. Mittels des Aktors 77 kann somit die zweite Stellscheibe 38 um die Stellachse 41 verschwenkt werden. An der zweiten Stellscheibe 38 sind der erste und zweite Abströmkanal 66, 67 ausgebildet, sodass mittels Verschwenkens der zweiten Stellscheibe 38 um die Stellachse 41 die Position bzw. Drehwinkellage des ersten und zweiten Abströmkanals 66, 67 bezüglich des Arbeitsraumes 62 verändert werden kann. An der ersten Stellscheibe 37 ist in analoger Weise (nicht dargestellt) ein weiterer Stellhebel 76 und Aktor 77 angeordnet, um dadurch ebenfalls die erste Stellscheibe 37 um die Stellachse 41 zu verschwenken. Dadurch kann die Position des Zuströmkanals 65 bezüglich des Arbeitsraums 62 verändert werden.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Mittel zum Bewegen der zweiten Stellscheibe 38 dargestellt. Die zweite Stellscheibe 38 ist dabei hydraulisch verschwenkbar. Die zweite Stellscheibe 38 ist mit dem Stellhebel 76 verbunden. In 4 ist lediglich der Stellhebel 76, nicht jedoch die zweite Stellscheibe 38 dargestellt. Ein Stellkolben 78 ist innerhalb eines Zylinders gelagert und auf eine Seite des Stellkolbens 78 wirkt der Druck des Kraftstoffes innerhalb des Schmierraums 40, da durch eine Verbindungsleitung 82 eine hydraulische Verbindung für den Kraftstoff von dem Schmierraum 40 zu dem von dem Zylinder eingeschlossenen Raum besteht. Eine andere Seite des Stellkolbens 78 steht mittels eines Hebels und zweier Gelenke mechanisch in Verbindung mit dem Stellhebel 76. Ferner ist mit dem Stellhebel 76 noch ein als Feder 80 ausgebildetes elastisches Element 79 und ein Dämpfungselement 81 verbunden. Die von der Feder 80 auf den Stellkolben 78 aufgebrachte Druckkraft ist dabei entgegengesetzt gerichtet zu der Druckkraft, welche von dem Kraftstoff innerhalb des Schmierraums 40 bzw. des Zylinders auf den Stellkolben 78 aufgebracht wird. Bei einer Erhöhung des Drucks des Kraftstoffs innerhalb des Schmierraumes 40 wird somit der Stellhebel 76 im Uhrzeigersinn bewegt und der Stellkolben 78 bewegt den Stellhebel 76 entgegen der von der Feder 80 auf den Stellhebel 76 aufgebrachten Druckkraft. Umgekehrt wird bei einer Reduzierung des Druckes des Kraftstoffs innerhalb des Schmierraums 40 der Stellhebel 76 entgegen dem Uhrzeigersinn von der mittels der Feder 80 auf den Stellhebel 76 aufgebrachten Druckkraft bewegt. Um kurzfristige Schwenkbewegungen des Stellhebels 76 aufgrund von kurzfristigen Druckschwankungen innerhalb des Schmierraums 40 im Wesentlichen zu verhindern, ist die Bewegung des Stellhebels 76 mittels des Dämpfungselements 81 gedämpft. Erhöht sich der Druck innerhalb des Schmierraums 40, wird somit die zweite Stellscheibe 38 und damit auch der zweite Abströmkanal 67 an der Zahnradpumpe 14 dahingehend bewegt, dass weniger Kraftstoff durch den zweiten Abströmkanal 67 in den Schmierraum 40 eingeleitet wird und umgekehrt. Dadurch ist eine selbstständige Steuerung und/oder Regelung des Drucks des Kraftstoffs innerhalb des Schmierraums 40 gewährleistet und es ist kein Überströmventil erforderlich.
In bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors 39 des Kraftfahrzeugs kann es erforderlich sein, dass von der Gerotorpumpe 15 bzw. der Innenzahnradpumpe 15 kein Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 1, jedoch Kraftstoff durch den Schmierraum 40 zu leiten ist. Ein derartiger Betriebszustand ist beispielsweise bei einer Bergabfahrt des Kraftfahrzeugs im Schubbetrieb gegeben. In 8 ist eine Drehwinkellage der ersten und zweiten Stellscheibe 37, 38 dargestellt, bei welcher Kraftstoff sowohl durch den ersten Abströmkanal 66 zu der Hochdruckpumpe 1 geleitet wird und Kraftstoff durch den zweiten Abströmkanal 67 zu dem Schmierraum 40 geleitet wird. Mittels eines Verstellens der ersten und zweiten Stellscheibe 37, 38 mit dem Aktor 77, der von einer Steuerungseinheit des Verbrennungsmotors 39 gesteuert und/oder geregelt wird, können der erste und der zweite Abströmkanal 66, 67 und der Zuströmkanal 65 in ihrer Drehwinkellage verändert werden, sodass diese die in 9 dargestellte Drehwinkellage einnehmen. In der in 9 dargestellten Drehwinkellage wird im Wesentlichen kein Kraftstoff durch den ersten Abströmkanal 66 und damit kein Kraftstoff durch die erste Kraftstoffleitung 33a zu der Hochdruckpumpe 1 gefördert und nur Kraftstoff durch den zweiten Abströmkanal 67 und die zweite Kraftstoffleitung 33b durch den Schmierraum 40 gefördert. In 8 ist somit eine Drehwinkellage der ersten und zweiten Stellscheibe 37, 38 dargestellt, bei welcher im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs bei einer Bergabfahrt nur Kraftstoff durch den Schmierraum 40 von der Zahnradpumpe 14 gefördert wird und kein Kraftstoff zu der Hochdruckpumpe 1. Die erforderliche Energie zum Betrieb der Zahnradpumpe 14 ist dadurch im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs besonders gering, weil nur diejenige Menge an Kraftstoff gefördert wird, welcher zur Schmierung des Schmierraums 40 erforderlich ist.
Insgesamt betrachtet sind mit der erfindungsgemäßen Rotationskolbenpumpe 16 und dem erfindungsgemäßen Hochdruckeinspritzsystem 36 wesentliche Vorteile verbunden. Der durch den ersten Abströmkanal 66 und durch den zweiten Abströmkanal 67 geleitete Volumenstrom des Fluids ist durch eine Veränderung der Position des ersten und zweiten Abströmkanals 66, 67 unabhängig voneinander steuerbar und/oder regelbar. Dadurch wird als mechanische Energie zum Betrieb der Rotationskolbenpumpe 16 nur diejenige Menge an mechanischer Energie benötigt, welche tatsächlich erforderlich ist zum Fördern der getrennten Volumenströme des Fluids.
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 3624532 C2 [0005]
DE 3406349 A1 [0006]
DE 29913367 U1 [0007]

Claims

Rotationskolbenpumpe (16) zum Fördern eines Fluides, umfassend – wenigstens ein Laufrad (52) mit Förderelementen (53), von dem um eine Rotationsachse (61) eine Rotationsbewegung ausführbar ist, – einen an dem Laufrad (52) vorhandenen Arbeitsraum (62), der in einen Zuströmarbeitsraum (63) und in einen Abströmarbeitsraum (64) unterteilt ist, – einen in den Zuströmarbeitsraum (63) mündenden Zuströmkanal (65) zum Einleiten des zu fördernden Fluides in den Zuströmarbeitsraum (63) und einen in den Abströmarbeitsraum (64) mündenden Abströmkanal (66, 67) zum Ableiten des zu fördernden Fluides aus dem Abströmarbeitsraum (64), dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskolbenpumpe (16) einen ersten und zweiten als getrennte in den Abströmarbeitsraum (64) mündende Abströmkanäle (66, 67) aufweist und die Position des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist zur Steuerung des Volumenstromes des durch den Zuströmkanal (65) in den Zuströmarbeitsraum (63) einströmenden Fluides und/oder des Volumenstromes des durch den ersten Abströmkanal (66) und/oder des Volumenstromes des durch den zweiten Abströmkanal (67) aus dem Abströmarbeitsraum (64) ausströmenden Fluides.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abströmkanal (66) unabhängig von dem zweiten Abströmkanal (67) und/oder unabhängig von dem Zuströmkanal (65) verstellbar ist und/oder der zweite Abströmkanal (67) unabhängig von dem ersten Abströmkanal (66) und/oder unabhängig von dem Zuströmkanal (65) verstellbar ist und/oder der Zuströmkanal (65) unabhängig von dem ersten Abströmkanal (66) und/oder unabhängig von dem zweiten Abströmkanal (67) verstellbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Position eine Drehwinkellage des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist und/oder als Position die Größe des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuströmkanal (65) an einer ersten Stellscheibe (37) ausgebildet ist und die erste Stellscheibe (37) um eine Stellachse (41) verschwenkbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abströmkanal (66) und/oder der zweite Abströmkanal (67) an einer zweiten Stellscheibe (38) ausgebildet sind und die zweite Stellscheibe (38) um eine Stellachse (41) verschwenkbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) mittels wenigstens eines Aktors (77) oder hydraulisch verstellbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellscheibe (37) und/oder die zweite Stellscheibe (37) mittels des wenigstens einen Aktors (77) oder hydraulisch verschwenkbar ist.
Rotationskolbenpumpe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Förderelemente (53) Zähne (55) eines Zahnrades (54) sind und/oder die Rotationskolbenpumpe (16) eine Zahnradpumpe (14), vorzugsweise Innenzahnradpumpe (15), insbesondere Gerotorpumpe (15), ist und/oder die Rotationskolbenpumpe (16) ein Gehäuse (42) umfasst und vorzugsweise die erste und/oder zweite Stellscheibe (37, 38) und/oder der Zuströmkanal (65) und/oder der erste und/oder zweite Abströmkanal (66, 67) an dem Gehäuse (42) ausgebildet sind.
Rotationskolbenpumpe (16) mit Elektromotor (17), dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationskolbenpumpe (16) gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Rotationskolbenpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (17) in die Rotationskolbenpumpe (16), insbesondere die Zahnradpumpe (14), integriert ist, insbesondere indem ein Rotor (50) des Elektromotors (17) ein Laufrad (52) bildet, vorzugsweise indem Permanentmagnete (51) in das Laufrad (52) eingebaut sind.
Rotationskolbenpumpe mit Elektromotor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderleistung der Rotationskolbenpumpe (16), vorzugsweise mit integriertem Elektromotor (17), steuerbar und/oder regelbar ist, insbesondere indem die Leistung und/oder Drehzahl des Elektromotors (17) steuerbar und/oder regelbar ist.
Hochdruckeinspritzsystem (36) für einen Verbrennungsmotor (39), umfassend – eine Hochdruckpumpe (1), – ein Hochdruck-Rail (30), – eine Vorförderpumpe (35) zum Fördern eines Kraftstoffes von einem Kraftstofftank (32) durch eine erste Kraftstoffleitung (33a) zu einem Einlasskanal (22) der Hochdruckpumpe (1) und durch eine zweite Kraftstoffleitung (33b) zu einem Schmierraum (40) der Hochdruckpumpe (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (35) gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist und ein erster der beiden Abströmkanäle (66) der Rotationskolbenpumpe (16) in die erste Kraftstoffleitung (33a) mündet und ein zweiter der beiden Abströmkanäle (67) der Rotationskolbenpumpe (16) in die zweite Kraftstoffleitung (33b) mündet.
Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Wesentlichen keine fluidleitende Verbindung zwischen der ersten Kraftstoffleitung (33a) und der zweiten Kraftstoffleitung (33b) besteht.
Hochdruckeinspritzsystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (35) eine Vorförderpumpe (35) mit Elektromotor (17) ist, so dass die Vorförderpumpe (35) von dem Elektromotor (17) angetrieben ist und insbesondere die Förderleistung der Vorförderpumpe (35) steuerbar und/oder regelbar ist und/oder in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem Schmierraum (40) die Position des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist, insbesondere indem die erste und/oder zweite Stellscheibe (37, 38) in hydraulischer Wirkverbindung mit dem Kraftstoff in dem Schmierraum (40) steht und/oder in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes in dem Hochdruck-Rail (30) die Position des ersten Abströmkanales (66) und/oder des zweiten Abströmkanales (67) und/oder des Zuströmkanales (65) an dem Arbeitsraum (62) verstellbar ist, insbesondere indem die erste und/oder zweite Stellscheibe (37, 38) in hydraulischer Wirkverbindung mit dem Kraftstoff in dem Hochdruck-Rail (30) oder mit dem aus dem Hochdruck-Rail (30) ausgeleiteten Kraftstoff steht.
Hochdruckeinspritzsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorförderpumpe (35) eine Vorförderpumpe (35) mit Elektromotor (17) ist und gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 11 ausgebildet ist.