DE102018210006A1

DE102018210006A1 - Pumpenanordnung

Info

Publication number: DE102018210006A1
Application number: DE102018210006.3A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Meier; Alexander Platzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2019-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung (8) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine (1), umfassend eine Hochdruckpumpe (4) und eine Vorförderpumpe, die gemeinsam mechanisch antreibbar sind, wobei die Vorförderpumpe als Zahnradpumpe mit einem getriebenen und mit einem treibenden Zahnrad ausgeführt ist, das mit dem getriebenen Zahnrad kämmt, und mit einer Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe (4).Um die Pumpenanordnung (8) im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand und/oder die Herstellkosten zu verbessern, stellen die Zahnräder der Zahnradpumpe die Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe (4) dar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Hochdruckpumpe und eine Vorförderpumpe, die gemeinsam mechanisch antreibbar sind, wobei die Vorförderpumpe als Zahnradpumpe mit einem getriebenen und mit einem treibenden Zahnrad ausgeführt ist, das mit dem getriebenen Zahnrad kämmt, und mit einer Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Pumpenanordnung. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer derartigen Pumpenanordnung.
Stand der Technik
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 102 54 840 A1 ist eine Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe, in dem in einem Innenraum wenigstens ein Pumpenelement und eine dieses antreibende Antriebswelle angeordnet sind, wobei die Niederdruckpumpe ein Pumpengehäuse aufweist, in dem in einer Pumpenkammer wenigstens ein zumindest mittelbar durch die Antriebswelle der Hochdruckpumpe rotierend angetriebenes Förderelement angeordnet ist, wobei das Niederdruckpumpengehäuse zumindest teilweise einstückig am Hochdruckpumpengehäuse ausgebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 00 573 A1 ist eine Pumpenanordnung, insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen bekannt, mit einer Hochdruckpumpe, die in einem Hochdruckpumpengehäuse angeordnet ist und eine Hochdruckpumpenwelle aufweist, und einer Zahnradpumpe, die ein auf einer Zahnradpumpenwelle angeordnetes Zahnrad aufweist, wobei ein Kupplungsstück vorgesehen ist, das die Hochdruckpumpenwelle mit dem auf der Zahnradpumpenwelle angeordneten Zahnrad verbindet. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 082 644 A1 ist eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine bekannt, umfassend eine Hochdruckpumpe und eine Vorförderpumpe, wobei die Hochdruckpumpe über eine Antriebswelle antreibbar ist, die in einem Triebwerksraum aufgenommen ist, welcher über eine Zulaufbohrung mit einem Druckbereich der Vorförderpumpe und über eine Ablaufbohrung mit einem Hochdruckelement der Hochdruckpumpe hydraulisch verbunden ist, wobei die Zulaufbohrung in Drehrichtung der Antriebswelle hinter der Ablaufbohrung in den Triebwerksraum mündet und die Drehrichtung der Vorförderpumpe der Drehrichtung der Antriebswelle entgegengesetzt ist, wobei die Hochdruckpumpe und die Vorförderpumpe gemeinsam über die Antriebswelle antreibbar sind und zur Drehrichtungsumkehr eine Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe der Hochdruckpumpe ausgebildet ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Hochdruckpumpe und eine Vorförderpumpe, die gemeinsam mechanisch antreibbar sind, wobei die Vorförderpumpe als Zahnradpumpe mit einem getriebenen und mit einem treibenden Zahnrad ausgeführt ist, das mit dem getriebenen Zahnrad kämmt, und mit einer Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe, im Hinblick auf den konstruktiven Aufwand und/oder die Herstellkosten zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einer eine Pumpenanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Hochdruckpumpe und eine Vorförderpumpe, die gemeinsam mechanisch antreibbar sind, wobei die Vorförderpumpe als Zahnradpumpe mit einem getriebenen und mit einem treibenden Zahnrad ausgeführt ist, das mit dem getriebenen Zahnrad kämmt, und mit einer Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe, dadurch gelöst, dass die Zahnräder der Zahnradpumpe die Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe darstellen. Der gemeinsame mechanische Antrieb erfolgt durch die Brennkraftmaschine, die auch als Verbrennungsmotor bezeichnet wird. Die Nutzung der Zahnräder der Zahnradpumpe zur Darstellung der Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe liefert den Vorteil, dass ein Vorschaltgetriebe zur Darstellung der Getriebestufe entfallen kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder der Zahnradpumpe unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, um beim Durchtrieb der Antriebsleistung von einem mechanischen Antrieb ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe zu realisieren. Der mechanische Antrieb erfolgt vorteilhaft auf herkömmliche Art und Weise, zum Beispiel mit Hilfe eines Riemens, einer Kette oder eines Zahnradsatzes. Durch die Verwendung der Zahnräder der Zahnradpumpe zur Darstellung der Getriebestufe können verschiedenste Übersetzungsverhältnisse in weiten Grenzen realisiert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das treibende Zahnrad mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben ist. Ein mechanischer Antrieb durch die Brennkraftmaschine für die Hochdruckpumpe kann vorteilhaft entfallen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad antriebsmäßig mit der Hochdruckpumpe verbunden ist. Das getriebene Zahnrad der Vorförderpumpe ist zum Beispiel drehfest mit einer Hochdruckpumpenwelle der Hochdruckpumpe verbunden. So kann die Antriebsleistung von dem mechanischen Antrieb auf einfache Art und Weise auf die Hochdruckpumpe übertragen werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe als Innenzahnradpumpe ausgeführt ist. Die Innenzahnradpumpe ist zum Beispiel als Sichelpumpe ausgeführt. Ein Hohlrad der Innenzahnradpumpe ist vorteilhaft durch den mechanischen Antrieb über die Brennkraftmaschine angetrieben. Das Hohlrad der Innenzahnradpumpe wird auch als Zahnring bezeichnet. Das getriebene Zahnrad läuft exzentrisch in der Innenverzahnung des Hohlrads und ist zum Beispiel mit einer Hochdruckpumpenwelle der Hochdruckpumpe gekoppelt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist. Die Außenzahnradpumpe ist vorteilhaft so oder so ähnlich ausgeführt wie eine herkömmliche Außenzahnradpumpe, wobei die Zahnräder der Außenzahnradpumpe im Unterschied zu einer herkömmlichen Außenzahnradpumpe unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Pumpenanordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder der Zahnradpumpe in einem Gehäuse angeordnet sind, das an eine Antriebsseite der Hochdruckpumpe montiert ist. Das Gehäuse ist zum Beispiel mit einem Flansch ausgestattet, der auf der Antriebsseite der Hochdruckpumpe befestigt ist.
Bei einem Verfahren zum Betreiben einer vorab beschriebenen Pumpenanordnung ist die oben angegebene Aufgabe alternativ oder zusätzlich dadurch gelöst, dass die Hochdruckpumpe durch das getriebene Zahnrad angetrieben wird. Über unterschiedliche Zähnezahlen der Zahnräder der Zahnradpumpe kann auf einfache Art und Weise eine gewünschte Übersetzung zwischen der Vorförderpumpe und der Hochdruckpumpe dargestellt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Zahnradpumpe, insbesondere ein Zahnrad, eine Hochdruckpumpe und/oder einen Baukasten für eine vorab beschriebene Pumpenanordnung. Die Zahnradpumpe und die Hochdruckpumpe sowie deren Einzelteile sind separat handelbar.
Die oben angegebene Aufgabe ist alternativ oder zusätzlich durch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer vorab beschriebenen Pumpenanordnung gelöst. Das Kraftstoffeinspritzsystem kann besonders vorteilhaft in Brennkraftmaschinen von Nutzfahrzeugen verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer Pumpenanordnung mit einer Vorförderpumpe und einer Hochdruckpumpe, die zum Einspritzen von Kraftstoff in einem stark vereinfacht dargestellten Einspritzsystem einer ebenfalls stark vereinfacht dargestellten Brennkraftmaschine dient;
2 eine perspektivische Darstellung einer herkömmlichen Vorförderpumpe, die als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist;
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorförderpumpe, die als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist; und
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorförderpumpe, die als Innenzahnradpumpe ausgeführt ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs stark vereinfacht dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein Nutzfahrzeug. Die Brennkraftmaschine 1 wird mit Dieselkraftstoff betrieben und wird daher auch als Dieselmotor bezeichnet. Der Dieselkraftstoff wird über ein Kraftstoffeinspritzsystem 2 mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher eingespritzt, der auch als Common Rail bezeichnet wird.
Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff für den Kraftstoffhochdruckspeicher des Kraftstoffeinspritzsystems 2 wird durch eine Pumpenanordnung 8 bereitgestellt. Die Pumpenanordnung 8 umfasst eine Vorförderpumpe 3, die Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, aus einem (nicht dargestellten) Kraftstofftank fördert.
Der von der Vorförderpumpe 3 geförderte Kraftstoff wird in einer Hochdruckpumpe 4 mit Hochdruck beaufschlagt. Durch einen Pfeil 5 ist in 1 angedeutet, dass die Pumpenanordnung 8 mit der Vorförderpumpe 3 der Hochdruckpumpe 4 durch einen gemeinsamen mechanischen Antrieb von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird.
Bei der Vorförderpumpe 3 handelt es sich um eine herkömmliche Zahnradpumpe, die in 2 alleine dargestellt ist. Die Vorförderpumpe 3 ist auf einer einer Antriebsseite 11 der Pumpenanordnung 8 abgewandten Seite an die Hochdruckpumpe 4 angebaut. In einer Abkehr vom Stand der Technik schlägt die Erfindung vor, eine in 1 nur durch ein Rechteck angedeutete Vorförderpumpe 10 auf der Antriebsseite 11 der Hochdruckpumpe 4 zu montieren.
Die in 2 dargestellte herkömmliche Zahnradpumpe 20 ist als Außenzahnradpumpe mit einem treibenden Zahnrad 21 und einem getriebenen Zahnrad 22 ausgeführt. Die beiden Zahnräder 21 und 22 sind in einem Gehäuse 23 drehbar gelagert. Das Gehäuse 23 umfasst einen Eingang 24, über den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank angesaugt wird.
Durch Pfeile 26 bis 29 ist in 2 angedeutet, wie der angesaugte Kraftstoff über die sich in Eingriff befindlichen Zahnräder 21, 22 zu einem Ausgang 25 der Zahnradpumpe 20 gefördert wird. Beim Fördern von Kraftstoff dreht sich das treibende Zahnrad 21 im Uhrzeigersinn. Das damit kämmende getriebene Zahnrad 22 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn.
In 3 ist dargestellt, dass eine erfindungsgemäße als Außenzahnradpumpe ausgeführte Zahnradpumpe 30 ein treibendes Zahnrad 31 umfasst, das mit einem getriebenen Zahnrad 32 kämmt. Das treibende Zahnrad 31 hat einen Teilkreisdurchmesser 33, der deutlich kleiner als ein Teilkreisdurchmesser 34 des getriebenen Zahnrads 32 ist. Das treibende Zahnrad 31 hat zwölf Zähne. Das getriebene Zahnrad 32 hat doppelt soviel Zähne, also vierzundzwanzig Zähne.
Durch Pfeile 36 bis 39 ist, wie bei der Zahnradpumpe 20 in 2, angedeutet, wie Kraftstoff mit der Zahnradpumpe 30 angesaugt und zu einer (in 3 nicht dargestellten) Hochdruckpumpe gefördert wird. Die Zahnradpumpe 30 aus 3 stellt zum Beispiel die in 1 mit 10 bezeichnete Vorförderpumpe dar, die auf der Antriebsseite 11 in 1 der Hochdruckpumpe 4 angebaut ist.
Das treibende Zahnrad 31 der Zahnradpumpe 30 wird dann, wie in 1 durch den Pfeil 5 angedeutet ist, durch die Brennkraftmaschine 1 auf herkömmliche Art und Weise durch einen Riemen, durch eine Kette oder durch einen Zahnradsatz mechanisch angetrieben. Das treibende Zahnrad 31 treibt in der Zahnradpumpe 30 das getriebene Zahnrad 32 an.
Das getriebene Zahnrad 32 wiederum treibt eine Hochdruckpumpenwelle 35 der in 3 nicht dargestellten und in 1 mit 4 bezeichneten Hochdruckpumpe an. Der Durchtrieb der Antriebsleistung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, dass das getriebene Zahnrad 32 mit der Hochdruckpumpenwelle 35 und das treibende Zahnrad 31 mit dem Verbrennungsmotor (1 in 1) verbunden wird.
Die Antriebsleistung der Brennkraftmaschine wird über die beiden Zahnräder 31, 32 der Zahnradpumpe 30 zur Hochdruckpumpe übertragen. Dabei wird gleichzeitig mit dem Antreiben der Hochdruckpumpe durch die Vorförderpumpe 3, die als Zahnradpumpe 30 ausgeführt ist, Kraftstoff vom Fahrzeugtank zur Hochdruckpumpe 4 gefördert.
Die als Zahnradpumpe 30 ausgeführte Vorförderpumpe 10 stellt somit eine Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe 10 und der Hochdruckpumpe 4 dar. Durch die unterschiedlichen Zähnezahlen der Zahnräder 31 und 32 kann das Übersetzungsverhältnis an den Bedarf angepasst werden.
Bei Anwendungen mit niedrigen Drehzahlen können sowohl Übersetzungen ins Schnelle als auch Übersetzungen ins Langsame realisiert werden. Durch die Übersetzungen ins Schnelle kann die mögliche Fördermenge der Vorförderpumpe 10 auf einfache Art und Weise gesteigert werden. Durch den Anbau der Vorförderpumpe 10 auf der Antriebsseite 11 der Hochdruckpumpe 4 kann ein antriebsseitiger Wellendichtring entfallen.
In 4 ist dargestellt, dass die auf der Antriebsseite 11 der Hochdruckpumpe 4 in 1 angebaute Vorförderpumpe 10 auch als Innenzahnradpumpe 40 mit einem treibenden Zahnrad 41 und einem getriebenen Zahnrad 42 ausgeführt sein kann. Das treibende Zahnrad 41 ist als Hohlrad ausgeführt und wird, wie in 1 durch den Pfeil 5 angedeutet ist, vom Verbrennungsmotor 1 angetrieben.
Das getriebene Zahnrad 42 ist als Außenzahnrad ausgeführt und kämmt mit einer Innenverzahnung des als Hohlrad ausgeführten treibenden Zahnrads 41. Das Hohlrad 41 ist drehbar in einem Gehäuse 43 gelagert. Das getriebene Zahnrad 42 ist exzentrisch zu dem treibenden Zahnrad 41 angeordnet und antriebsmäßig mit einer Hochdruckpumpenwelle 46 der in 1 mit 4 bezeichneten Hochdruckpumpe verbunden.
Die Zahnradpumpe 40 übt, ebenso wie die Zahnradpumpe 30 in 3, in der Pumpenanordnung (8 in 1) eine Doppelfunktion aus. Zum einen fördert die Zahnradpumpe 40 Kraftstoff von einem Eingang 44 zu einem Ausgang 45 des Gehäuses 43. Darüber hinaus treibt das getriebene Zahnrad 42 der Zahnradpumpe 40 über die Hochdruckpumpenwelle 46 die Hochdruckpumpe (4 in 1) an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10254840 A1 [0002]
DE 10200800573 A1 [0002]
DE 102011082644 A1 [0002]

Claims

Pumpenanordnung (8) für ein Kraftstoffeinspritzsystem (2) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Brennraum einer Brennkraftmaschine (1), umfassend eine Hochdruckpumpe (4) und eine Vorförderpumpe (3;10), die gemeinsam mechanisch antreibbar sind, wobei die Vorförderpumpe (3;10) als Zahnradpumpe (20;30;40) mit einem getriebenen und mit einem treibenden (21;31;41) Zahnrad ausgeführt ist, das mit dem getriebenen Zahnrad (22;32;42) kämmt, und mit einer Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe (3;10) und der Hochdruckpumpe (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (31,32;41,42) der Zahnradpumpe (30;40) die Getriebestufe zwischen der Vorförderpumpe (3;10) und der Hochdruckpumpe (4) darstellen.
Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (31,32;41,42) der Zahnradpumpe (30;40) unterschiedliche Zähnezahlen aufweisen, um beim Durchtrieb der Antriebsleistung von einem mechanischen Antrieb (5) ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Vorförderpumpe (3;10) und der Hochdruckpumpe (4) zu realisieren.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das treibende Zahnrad (31;41) mechanisch durch die Brennkraftmaschine (1) angetrieben ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das getriebene Zahnrad (32;42) antriebsmäßig mit der Hochdruckpumpe (4) verbunden ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (40) als Innenzahnradpumpe ausgeführt ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnradpumpe (30) als Außenzahnradpumpe ausgeführt ist.
Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (31,32;41,42) der Zahnradpumpe (30;40) in einem Gehäuse (43) angeordnet sind, das an eine Antriebsseite (11) der Hochdruckpumpe (4) montiert ist.
Verfahren zum Betreiben einer Pumpenanordnung (8) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere zum Betreiben einer Pumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (4) durch das getriebene Zahnrad (32;42) angetrieben wird.
Zahnradpumpe (20;30;40), insbesondere Zahnrad (21;31;41;22;32;42). Hochdruckpumpe (4) und/oder Baukasten für eine Pumpenanordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kraftstoffeinspritzsystem (2) mit einer Pumpenanordnung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.