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Die Erfindung betrifft ein Förderaggregat, insbesondere eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Förderaggregat.
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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik sind Hochdruckpumpen für Kraftstoffeinspritzsysteme bekannt, deren Antriebskomponenten mit Kraftstoff oder mit Öl geschmiert werden. Ist eine Ölschmierung vorgesehen, kann beispielsweise die Hochdruckpumpe an einen Ölsumpf der Brennkraftmaschine angebunden werden. Unabhängig von der Art des jeweiligen Schmiermediums gilt es das Schmiermedium an die zu schmierenden Komponenten heranzuführen und wieder abzuführen, um eine ausreichende Schmierung und/oder Kühlung zu gewährleisten.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 212 197 A1 ist eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, die ein vorzugsweise mehrteilig ausgeführtes Gehäuse umfasst, in dem eine Antriebswelle zum Antrieb wenigstens eines Pumpenelements der Hochdruckpumpe aufgenommen und über wenigstens ein Gleitlager drehbar gelagert ist. Zur Ausbildung des Gleitlagers ist in einer Lagerbohrung des Gehäuses eine Lagerbuchse eingesetzt. Da die Lager der Antriebswelle im Betreib der Hochdruckpumpe besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind, gilt es diese ausreichend zu schmieren bzw. zu kühlen. Dies wird gemäß der
DE 10 2012 212 197 A1 dadurch erreicht, dass innerhalb eines Kontaktbereichs der Lagerbuchse mit der Lagerbohrung wenigstens eine Aussparung zur Aufnahme eines Kühlmediums vorgesehen ist. Die Aussparung ist dabei vorzugsweise über eine Nut mit einem Triebwerksraum oder einem Rücklauf der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden, so dass ein Austausch des Kühlmittels erfolgt.
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Aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 212 154 A1 ist ferner eine Hochdruckpumpe zum Fördern eines Fluids, insbesondere Kraftstoff, bekannt, bei welcher die Antriebswelle in einem Schmierraum aufgenommen ist. Die Antriebswelle ist über ein Wellengleitlager drehbar gelagert, das mit Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum geschmiert und gekühlt ist. Hierzu ist eine fluidleitende Verbindung des Wellengleitlagers mit dem Schmierraum vorgesehen, die in Form eines Spalts zwischen dem Wellengleitlager und der Antriebswelle ausgebildet ist. Ferner ist die Antriebswelle im Bereich des Wellengleitlagers mit wenigstens einer axialen Aussparung versehen, so dass ein Kanal zum Ableiten von Schmierflüssigkeit aus dem Schmierraum ausgebildet wird.
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Die der Versorgung oder dem Ableiten eines Schmiermediums dienenden Kanäle weisen in der Regel einen fest vorgegebenen Innendurchmesser auf. Die Viskosität des Schmiermediums kann jedoch stark schwanken, so dass die erforderliche Schmierung nicht immer sichergestellt ist. Ferner kann die Hochdruckpumpe volllaufen, was starke Druckspitzen und/oder eine stark erhöhte Verlustleistung zur Folge haben kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Förderaggregat, insbesondere eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, anzugeben, bei dem die vorstehend genannten Probleme nicht oder nur in deutlich verringertem Maße auftreten.
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Zur Lösung der Aufgabe wird das Förderaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Ferner wird ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem solchen Förderaggregat vorgeschlagen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Förderaggregat umfasst mindestens ein Pumpenelement mit einem hubbeweglichen Pumpenkolben, der über eine Stößelbaugruppe an einem Nocken oder Exzenter einer Antriebswelle abgestützt ist. Die Antriebswelle ist dabei zumindest bereichsweise in einem Triebwerksraum des Förderaggregats aufgenommen und über gehäuseseitig ausgebildete Wellenlager drehbar gelagert. Erfindungsgemäß sind Mittel zum Abführen, insbesondere zum Abpumpen oder Absaugen, eines im Triebwerksraum vorhandenen Schmiermediums vorgesehen.
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Die Mittel zum Abführen, insbesondere zum Abpumpen oder Absaugen, des Schmiermediums verhindern ein Volllaufen des Triebwerksraums, so dass die Gefahr unerwünscht hoher Druckspitzen und/oder Verlustleistungen deutlich gemindert ist. Denn über die vorgeschlagenen Mittel ist das Füllniveau des Schmiermediums im Triebwerksraum aktiv beeinflussbar. Wie nachfolgend aufgezeigt, können hierzu unterschiedliche Mittel – jeweils allein oder in Kombination – eingesetzt werden. Ergänzend können konstruktive Maßnahmen ergriffen werden, welche die Wirkung der vorgeschlagenen Mittel zusätzlich unterstützen.
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Bei dem vorgeschlagenen Förderaggregat handelt es sich vorzugsweise um eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem. Die Erfindung ist jedoch auch auf Hydraulikpumpen übertragbar, so dass diese einbezogen sind. Des Weiteren bevorzugt wird Öl als Schmiermedium eingesetzt. Dies schließt jedoch nicht aus, dass es sich bei dem erfindungsgemäßen Förderaggregat auch um eine kraftstoffgeschmierte Hochdruckpumpe handeln kann.
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Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Abführen des Schmiermediums ein in die Stößelbaugruppe integriertes Ventil. Über das Ventil ist eine Strömungsrichtung des Schmiermediums vorgebbar, so dass hierüber eine definierte Menge des Schmiermediums aus dem Triebwerksraum abführbar ist. Vorzugsweise ist das Ventil als Rückschlagventil ausgebildet, das besonders einfach und kostengünstig umsetzbar ist. Das Ventil kann insbesondere in einen Tassenstößel der Stößelbaugruppe in der Weise eingesetzt sein, dass durch die Hubbewegung der Stößelbaugruppe eine eindeutige Strömungsrichtung des Schmiermediums vorgegeben ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Abführen des Schmiermediums eine Pumpe, insbesondere eine Saugstrahlpumpe, eine Strömungspumpe oder eine Zentrifugalpumpe. Die Saugstrahlpumpe kann beispielsweise gehäuseseitig angeordnet und an eine Rücklaufleitung angeschlossen werden, um aus dem Triebwerksraum abgesaugtes Schmiermedium gezielt abzuführen.
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Sofern die Mittel zum Abführen des Schmiermediums eine als Strömungspumpe oder Zentrifugalpumpe ausgelegte Pumpe umfassen, ist diese bevorzugt mit der Antriebswelle wirkverbunden und/oder auf der Antriebswelle angeordnet. Dies erspart einen eigenen Antrieb der Pumpe.
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Darüber hinaus ist es möglich, die Mittel zum Abführen des Schmiermediums auf ein Pumpenbauteil zu reduzieren. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Flügelrad handeln, das mit der Antriebswelle wirkverbunden und/oder auf der Antriebswelle angeordnet ist. Dadurch kann der Fertigungs- und Kostenaufwand weiter verringert werden.
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Die Pumpe oder das Pumpenbauteil kann – aus der Sicht des Triebwerksraums – vor oder hinter einem Wellenlager auf der Antriebswelle angeordnet werden. Bei einer Anordnung hinter einem Wellenlager können zusätzlich konstruktive Maßnahmen zur Förderung des Abflusses des Schmiermediums über das Wellenlager in Richtung der Pumpe bzw. des Pumpenbauteils vorgesehen werden. Diese konstruktiven Maßnahmen können insbesondere als Strömungskanäle dienende Nuten, beispielsweise in Form einer Wendel, in der Außenumfangsfläche der Antriebswelle und/oder in der Innenumfangsfläche eines Wellenlagers umfassen. Alternativ oder ergänzend können in der Antriebswelle Strömungskanäle zur Umgehung des Wellenlagers ausgebildet werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Mittel zum Abführen des Schmiermediums ein Venturi-Rohr, das vorzugsweise im Bereich eines Schmiermedium-Zulaufkanals und/oder eines Schmiermedium-Rücklaufkanals ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Venturi-Rohr derart angeordnet, dass im Zulaufkanal oder einem Abzweig des Zulaufkanals eine Querschnittsverengung ausgebildet ist, im Bereich welcher der Rücklaufkanal angebunden ist. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit im Bereich der Querschnittsverengung führt zu einer Sogwirkung, durch welche das Schmiermedium im Rücklaufkanal abgesaugt und über den Abzweig abtransportiert wird. Der Abzweig ist hierzu vorzugsweise an einen weiteren Rücklaufkanal angebunden. Das Venturi-Rohr stellt eine kostengünstige Alternative zu einer Saugstrahlpumpe dar.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Triebwerksraum und/oder ein die Stößelbaugruppe aufnehmender Raum über einen Belüftungskanal belüftbar ist bzw. sind. Die Anbindung an den Belüftungskanal ermöglicht das Einziehen von Luft in den Triebwerksraum bzw. in den Raum, in den die Stößelbaugruppe aufgenommen ist. Hierin bildet sich demnach ein Luftvolumen aus, das verhindert, dass der Triebwerksraum oder der die Stößelbaugruppe aufnehmende Raum volllaufen. Vorteilhafterweise ist der Belüftungskanal an eine Druckluftquelle anschließbar, so dass ein Überdruck im Triebwerksraum bzw. im die Stößelbaugruppe aufnehmenden Raum erzielbar ist. Der Druck der einzublasenden Luft liegt vorzugsweise zwischen 0,5 und 10 bar.
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Der Mündungsbereich des Belüftungskanals ist vorzugsweise oberhalb des Flüssigkeitsspiegels des Schmiermediums angeordnet. Um dies dauerhaft zu gewährleiten, ist weiterhin vorzugsweise die Mündung des Belüftungskanals oberhalb einer Mündung eines Schmiermedium-Rücklaufkanals angeordnet, wobei sich die Angabe „oberhalb“ jeweils auf die endgültige Lage nach dem Einbau des Förderaggregats bezieht. Über die konkrete Lage der Mündung des Schmiermedium-Rücklaufkanals kann ebenfalls das Niveau des Schmiermediums eingestellt werden, so dass hierin eine weitere konstruktive Maßnahme zu sehen ist, die der vorliegenden Erfindung zuträglich ist.
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Der Zulauf des Schmiermediums in den Triebwerksraum erfolgt vorzugsweise über die Stößelbaugruppe und/oder über mindestens ein Wellenlager. Beispielsweise kann ein Schmiermedium-Zulaufkanal derart angeordnet werden, dass dieser in der Mitte eines Wellenlagers mündet.
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In Abhängigkeit von der konkreten Ausgestaltung des Zulaufs kann das Förderaggregat eine Zwangsschmierung oder eine Sumpfschmierung besitzen. In beiden Fällen erweisen sich Mittel zum Abführen, insbesondere Abpumpen oder Absaugen, des Schmiermediums als vorteilhaft, da sie verhindern, dass der Triebwerksraum des Förderaggregats vollläuft.
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Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Förderaggregat bevorzugt um eine Hochdruckpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine handelt, wird ferner ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem erfindungsgemäßen Förderaggregat beansprucht. Das Kraftstoffeinspritzsystem weist ferner eine Vorförderpumpe auf, die dem erfindungsgemäßen Förderaggregat vorgeschaltet ist
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Förderaggregats, insbesondere einer Hochdruckpumpe in einem Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, vorgeschlagen, bei dem einem Triebwerksraum des Förderaggregats über einen Schmiermedium-Zulaufkanal ein Schmiermedium, vorzugsweise Öl, zugeführt und über einen Schmiermedium-Rücklaufkanal abgeführt wird. Erfindungsgemäß wird das Schmiermedium aus dem Triebwerksraum aktiv abgeführt, insbesondere abgepumpt oder abgesaugt. Das aktive Abführen des Schmiermediums kann über Mittel bewirkt werden, die bereits zuvor in Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Förderaggregat beschrieben worden sind. Insofern kann hierauf verwiesen werden. Ferner kann bei dem Verfahren ein erfindungsgemäßes Förderaggregat eingesetzt werden, das bereits derartige Mittel aufweist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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2 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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3 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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4 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
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5 eine schematische Darstellung einer Hochdruckpumpe gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
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6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe umfasst zwei Pumpenelemente 1. Jedes Pumpenelement 1 weist einen über eine Stößelbaugruppe 3 an einem Nocken 4 einer Antriebswelle 5 abgestützten Pumpenkolben 2 auf. Die Hochdruckpumpe ist demnach als Zwei-Stempelpumpe ausgelegt. Die Antriebswelle 5 ist bereichsweise in einem Triebwerksraum 6 der Hochdruckpumpe aufgenommen und über Wellenlager 7 drehbar gelagert.
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Zur Schmierung der Antriebskomponenten wird dem Triebwerksraum 6 im Betrieb der Hochdruckpumpe ein Schmiermedium, vorliegend Öl, zugeführt. Die Zuführung erfolgt über einen gehäuseseitigen Schmiermedium-Zulaufkanal 13. Dieser kann – wie in der 1 dargestellt – in einen Raum 15 münden, in dem die Stößelbaugruppe 3 aufgenommen ist, so dass der Zulauf des Schmiermediums in den Triebwerksraum 6 über die Stößelbaugruppe 3 erfolgt. Dadurch ist sichergestellt, dass auch die Komponenten der Stößelbaugruppe 3, die im Betrieb der Hochdruckpumpe stark belastet sind, geschmiert und zugleich gekühlt werden. Alternativ oder ergänzend – wie ebenfalls in der 1 dargestellt – kann der Zulauf auch über mindestens ein Wellenlager 7 erfolgen. Die Wellenlager 7 sind im Betrieb der Hochdruckpumpe ebenfalls hohen Belastungen ausgesetzt, so dass es eine ausreichende Schmierung bzw. Kühlung sicherzustellen gilt. Vorliegend ist die Mündung des Schmiermedium-Zulaufkanals 13 jeweils mittig in Bezug auf ein Wellenlager 7 angeordnet.
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Zum Abführen des Schmiermediums ist ein gehäuseseitiger Schmiermedium-Rücklaufkanal 14 vorgesehen, der unmittelbar in den Triebwerksraum 6 mündet. Der Schmiermedium-Rücklaufkanal 14 ist mit einem Überlauf 17 verbunden, der die Einstellung eines bestimmten Ölspiegels gewährleisten soll. Da je nach Viskosität des Öls diese Maßnahme unzureichend ist, sind ferner Mittel 8 zum aktiven Abführen des Schmiermediums vorgesehen. Diese Mittel 8 umfassend vorliegend Ventile 9, wobei jeweils ein Ventil 9 in eine Stößelbaugruppe 3 eingesetzt ist. Die Ventile 9 sind als einfache federbelastete Rückschlagventile ausgebildet, so dass hierüber die Strömungsrichtung des Schmiermediums vorgegeben ist. Das Öffnen und Schließen der Ventile 9 ist an die Hubbewegung der jeweiligen Stößelbaugruppe 3 gekoppelt.
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Die in der 1 dargestellte Hochdruckpumpe weist ferner einen gehäuseseitigen Belüftungskanal 16 auf, der an eine Druckluftquelle anschließbar ist. Der Belüftungskanal 16 mündet in den Triebwerksraum 6, wobei Abzweige in die Räume 15 münden, in denen jeweils eine Stößelbaugruppe 3 angeordnet ist. Im Triebwerksraum 6 sowie in den Räumen 15 ist demnach ein Überdruck erzeugbar, der ebenfalls einem Anstieg des Ölspiegels im Triebwerksraum 6 entgegen wirken soll.
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Bei der Hochdruckpumpe der 1 sind demnach verschiedene Maßnahmen realisiert, die jeweils allein oder in Kombination zu einem erfindungsgemäßen Förderaggregat führen. Gleiches gilt für die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen der 2 bis 6.
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Die Hochdruckpumpe der 2 unterscheidet sich von der der 1 im Wesentlichen dadurch, dass die Mittel 8 zum Abführen des Schmiermediums anstelle von Ventilen 9 ein Venturi-Rohr 12 umfassen. Das Venturi-Rohr 12 ist in einem Abzweig 18 des Zulaufkanals 13 angeordnet. Im Bereich des Venturi-Rohrs 12 mündet der Überlauf 17 in den Abzweig 18. Das Venturi-Rohr 12 bewirkt, dass Schmiermedium aus dem Überlauf 17 angesaugt und mitgerissen wird. Da der Abzweig 18 an den Rücklaufkanal 14 angeschlossen ist, erfolgt hierüber der Abtransport.
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Die Hochdruckpumpe der 2 umfasst wie die der 1 einen Belüftungskanal 16, der in den Triebwerksraum 6 mündet. Im Unterschied zur Hochdruckpumpe der 1 weist die Belüftungsleitung der Hochdruckpumpe der 2 jedoch nur einen Abzweig auf, der zu einem Raum 15 führt. Stattdessen sind die Räume 15 untereinander sowie mit dem Triebwerksraum 6 verbunden.
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Der 3 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe zu entnehmen. Diese unterscheidet sich von der der 2 dadurch, dass die Mittel 8 zum Abführen des Schmiermediums anstelle des Venturi-Rohrs 12 mindestens eine Pumpe 10 umfassen. Die Pumpe 10 kann beispielsweise eine Strömungspumpe sein, die gemäß der 3 auf der Antriebswelle 5 angeordnet ist. Ein eigener Antrieb ist somit entbehrlich. Alternativ kann daher anstelle der Pumpe 10 auch lediglich ein Pumpenbauteil 11, wie beispielsweise ein Flügelrad, mit der Antriebswelle 5 wirkverbunden werden.
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Saugseitig kann die Pumpe 10 mit einer Art Überlauf 17‘ verbunden werden, der eine Einstellung des Ölspiegels ermöglicht.
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Die 4 zweigt eine Abwandlung der Hochdruckpumpe der 3. Hier ist die Pumpe 10 als Zentrifugalpumpe ausgebildet. Auch diese ist saugseitig an eine Art Überlauf 17‘ angebunden.
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Alternativ oder ergänzend können bei einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe konstruktive Maßnahmen umgesetzt werden, die ebenfalls ein aktives Abführen des Schmiermediums aus dem Triebwerksraum 6 ermöglichen oder zumindest unterstützen. Insofern ist in diesen Maßnahmen jeweils auch ein Mittel 8 zum Abführen des Schmiermediums im Sinne der vorliegenden Erfindung zu sehen. Zwei Maßnahmen werden nachfolgend in Verbindung mit den 5 und 6 näher beschrieben.
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Bei der Hochdruckpumpe der 5 ist der Überlauf 17 an eine zentrale Bohrung der Antriebswelle 5 angebunden. Diese wiederum steht über Radialbohrungen (nicht dargestellt) in Verbindung mit einem als Ringnut ausgebildeten Ölsammelraum 20, in den der Rücklauf 14 mündet. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle 5 wird aufgrund der Zentrifugalkräfte das in der Bohrung 19 vorhandene Öl über die Radialbohrungen nach außen in den Ölsammelraum 20 und damit in den Rücklauf 14 gedrückt. Die Lage der Mündung des Überlaufs 17 bestimmt auch hier wieder den Ölspiegel im Triebwerksraum 6.
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Eine weitere konstruktive Maßnahme, die alternativ oder ergänzend ergriffen werden kann, ist in der 6 dargestellt. Hier weist die Antriebswelle 5 im Bereich der Wellenlager 7 wendelförmige Nuten 21 auf, die Strömungskanäle für das Schmiermedium ausbilden. Die Drehbewegung der Antriebswelle 5 wirkt hierbei unterstützend.
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Die in den 1 bis 6 dargestellten Hochdruckpumpen haben gemein, dass jeder Pumpenkolben 2 eines Pumpenelements 1 einen Pumpenarbeitsraum 22 begrenzt, der über ein Einlassventil 23 mit Kraftstoff befüllbar ist. Die Einlassventile 23 werden über eine Niederdruckleitung 24 mit Kraftstoff versorgt. Den Einlassventilen 23 ist eine Zumesseinheit 25 vorgeschaltet, welcher der Kraftstoff über eine Vorförderpumpe 26 zugeführt wird. Ferner können in der Niederdruckleitung 24 Ventile 27 zur Druckregelung und/oder Druckbegrenzung angeordnet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212197 A1 [0003, 0003]
- DE 102012212154 A1 [0004]
