DE10210300A1

DE10210300A1 - Pump element for high pressure pump for fuel injection system for IC engine, has delivery volume hydraulically connected to pressure reservoir with controllable holding pressure

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Publication number: DE10210300A1
Application number: DE2002110300
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: DE10210300B4

Abstract

The pump element has a pump piston (17) oscillating in a cylinder bore (15), whereby the cylinder bore and piston bound a delivery volume (19) and the piston sucks a fluid, especially a fuel, via a low pressure connection (23) into the delivery chamber and feeds it to a high pressure connection (31). The delivery volume is hydraulically connected to a pressure reservoir with a controllable holding pressure. AN Independent claim is also included for the following: a high pressure pump with an inventive device.

Description

State of the art

Die Erfindung betrifft ein Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe nach dem nebengeordneten Anspruch 7. The invention relates to a pump element for a High-pressure pump according to the preamble of claim 1 and a high pressure pump according to the independent claim 7.

Bei Verdrängermaschinen oder -pumpen - auch volumetrische Pumpen genannt - wird ein Förderraum, der z. B. von einem Zylinder und einem darin oszillierenden Kolben begrenzt wird, während er sich vergrößert mit einem Niederdruckanschluss verbunden (Saughub) und saugt auf diese Weise das zu fördernde Fluid an. Wenn der Förderraum sich wieder verkleinert (Förderhub), wird das im Förderraum befindliche Fluid in einen Hochdruckkanal ausgeschoben. Dabei entstehen vor allem im Hochdruckkanal Druckstöße, was nachteilig ist. For displacement machines or pumps - also volumetric Pumps called - is a pumping room, the z. B. from one Cylinder and a piston oscillating therein limited as he grows up with one Low pressure connection connected (suction stroke) and absorbs this way the fluid to be pumped. If the funding room decreases again (delivery stroke), that becomes in the delivery room fluid is pushed out into a high pressure channel. This creates pressure surges, especially in the high-pressure duct is disadvantageous.

Nachteilig an vielen Verdrängermaschinen ist außerdem, dass ihre Fördermenge bei konstanter Drehzahl nicht regelbar ist. Zur Regelung der Fördermenge von Kolbenpumpen ist es bekannt, ein im Niederdruckanschluss angeordnetes Einlassventil und/oder ein im Hochdruckkanal angeordnetes Auslassventil anzusteuern. So kann beispielsweise zu Beginn des Förderhubs eines Pumpenelements das Einlassventil aufgesteuert werden, so dass das aus dem Förderraum geförderte Fluid nicht in den Hochdruckkanal, sondern zurück in den Niederdruckanschluss strömt. Wenn die bis zum oberen Totpunkt des Kolbens verbleibende Fördermenge der gewünschten Fördermenge entspricht, wird das Einlassventil geschlossen und das aus dem Förderraum geförderte Fluid gelangt in den Hochdruckkanal. Durch die Variation der Zeitdauer, während der das Einlassventil offengehalten wird, kann auf diese Weise der von der Verdrängermaschine geförderte Volumenstrom zwischen 0% auf 100% des maximal möglichen Volumenstroms eingestellt werden. Another disadvantage of many displacement machines is that their flow rate cannot be regulated at constant speed is. It is used to regulate the delivery rate of piston pumps known, one arranged in the low pressure connection Inlet valve and / or one arranged in the high pressure duct Trigger exhaust valve. For example, at the beginning of the delivery stroke of a pump element, the inlet valve be controlled so that that from the delivery room delivered fluid not in the high pressure channel, but flows back into the low pressure connection. If the by top dead center of the piston remaining flow rate of the corresponds to the desired delivery rate, the inlet valve closed and the fluid delivered from the delivery chamber gets into the high pressure duct. By varying the Time period during which the inlet valve is kept open in this way, that of the displacement machine delivered volume flow between 0% to 100% of the maximum possible volume flow can be set.

Nachteilig an dieser Art der Fördermengenregelung ist, dass das Einlassventil zwischen den Totpunkten des Arbeitskolbens geschlossen wird, so dass der Pumpenkolben zu diesem Zeitpunkt bereits eine erhebliche Geschwindigkeit aufweist. Infolgedessen wird mit dem Schließen des Einlassventils der Kolben sowie dessen Antrieb, bestehend beispielweise aus einer Antriebswelle mit einem Exzenter, einer schlagartigen Belastung ausgesetzt. Außerdem führt die sprunghafte Änderung der Fördermenge im Hochdruckkanal zu einem Druckstoß in dem Hochdruckkanal, was die Druckregelung im Hochdruckkanal und in den daran anschließenden Bauteilen erschwert und möglicherweise die Funktion von Bauteilen, wie Injektoren oder Einspritzdüsen, zumindest beeinträchtigt. A disadvantage of this type of delivery rate control is that the inlet valve between the dead centers of the Working piston is closed, so that the pump piston a considerable speed at this point having. As a result, with the closing of the Intake valve of the piston and its drive, consisting for example from a drive shaft with an eccentric, exposed to a sudden load. Also leads the sudden change in the delivery rate in the high-pressure duct to a pressure surge in the high pressure duct, which is the Pressure control in and in the high pressure duct subsequent components and possibly the Function of components, such as injectors or injection nozzles, at least impaired.

Aus der DE 195 23 282 A1 ist eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der der Schwenkwinkel der Taumelscheibe einstellbar ist, so dass sich der Förderhub der von der Taumelscheibe angetriebenen Pumpenkolben einstellen lässt. Diese Axialkolbenpumpe, insbesondere deren Antrieb über eine verstellbare Taumelscheibe, ist relativ aufwendig in der Herstellung und für höchste Drücke über 1500 bar nur bedingt einsetzbar. An axial piston pump is known from DE 195 23 282 A1, at which the swivel angle of the swash plate is adjustable is, so that the delivery stroke of the swashplate driven pump piston can be adjusted. This Axial piston pump, in particular its drive via a adjustable swashplate, is relatively complex in the Manufacturing and for highest pressures over 1500 bar only limited use.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe und eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, deren Fördermenge auf einfache Weise regelbar ist und die auch bei höchsten Förderdrücken von über 1500 bar einsetzbar ist. The invention has for its object a pump element for a high pressure pump and a high pressure pump provide, the delivery rate in a simple manner is controllable and that even at the highest delivery pressures of over 1500 bar can be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe mit einem in einer Zylinderbohrung oszillierenden Pumpenkolben, wobei die Zylinderbohrung und der Pumpenkolben einen Förderraum begrenzen, und wobei der Pumpenkolben ein Fluid, insbesondere Kraftstoff, über einen Niederdruckanschluss in den Förderraum ansaugt und in einen Hochdruckkanal fördert, dadurch gelöst, dass der Förderaum mit einem Druckspeicher hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Haltedruck des Druckspeichers steuerbar ist. This object is achieved with a pump element for a high pressure pump with one in a cylinder bore oscillating pump piston, the cylinder bore and the pump piston delimit a delivery space, and wherein the Pump piston a fluid, in particular fuel, over a Low pressure connection sucks into the delivery chamber and into one High-pressure channel promotes, solved that the delivery room is hydraulically connected to a pressure accumulator, and that the holding pressure of the pressure accumulator is controllable.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Bei diesem Pumpenelement kann der Höchstdruck im Förderraum dadurch begrenzt werden, dass der Haltedruck des mit dem Förderraum hydraulisch in Verbindung stehenden Druckspeichers entsprechend gesteuert wird. Infolgedessen wird auch der Druck im Hochdruckkanal begrenzt. Durch eine geeignete Abstimmung des Haltedrucks im Druckspeicher mit auf den im Hochdruckkanal herrschenden Druck kann die Fördermenge des Pumpenelements auf jeden beliebigen Wert zwischen 0% und 100% der maximalen Fördermenge eingestellt werden. Dabei entstehen keine stoßartigen Belastungen am Pumpenelement und Pumpenantrieb, bestehend beispielsweise aus einer Exzenterwelle, einem Polygonring und Rollenstößeln. Außerdem werden die unerwünschten Druckstöße im Hochdruckkanal weitestgehend abgebaut. Dadurch ergibt sich eine bessere Regelgüte des Drucks im Hochdruckkanal und der mit dem Hochdruckkanal hydraulisch in Verbindung stehenden Bauteile. Auch die Funktion der von dem Pumpenelement mit unter Hochdruck stehendem Fluid, insbesondere Kraftstoff, versorgten Bauteile wird nicht durch die Fördermengenregelung beeinträchtigt. Schließlich kann die in den Druckspeicher gespeicherte Druckenergie beim nächsten Saughub wiedergewonnen werden, was den Pumpenwirkungsgrad verbessert. With this pump element, the maximum pressure in the delivery chamber can be limited in that the holding pressure of the with the Pump room hydraulically connected Accumulator is controlled accordingly. Consequently the pressure in the high pressure duct is also limited. By a suitable adjustment of the holding pressure in the pressure accumulator to the pressure prevailing in the high pressure duct Flow rate of the pump element to any value between 0% and 100% of the maximum delivery rate can be set. There are no bumps Loads on the pump element and pump drive, existing for example from an eccentric shaft, a polygon ring and roller tappets. In addition, the unwanted Pressure surges in the high-pressure duct largely reduced. This results in a better control quality of the pressure in the High pressure duct and the one with the high pressure duct hydraulic related components. Also the function of the pump element with high-pressure fluid, especially fuel, components supplied will not affected by the flow rate regulation. Finally can the pressure energy stored in the accumulator be recovered at the next suction stroke, which Pump efficiency improved.

Varianten der Erfindung sehen vor, dass der Druckspeicher als Kolbenspeicher, insbesondere als federbelasteter Kolbenspeicher, ausgeführt ist, und/oder dass der Kolbenspeicher einen in einer Bohrung dichtend geführten Speicherkolben aufweist, dass eine erste Stirnfläche des Speicherkolbens mit dem Druck des Fluids aus dem Förderraum beaufschlagt wird, und dass der auf eine zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wirkende Druck von einem Druckregelventil geregelt wird. Durch diese Anordnung kann der Haltedruck des Druckspeichers auf einfache Weise eingestellt bzw. geregelt werden. Aufgrund der Speicherwirkung des Kolbenspeichers kann zumindest ein Teil des aus dem Förderraum in den Druckspeicher geförderten Fluids während des Saughubs des Pumpenelements wieder in den Förderraum zurückströmen, so dass die Energieverluste bei der Fördermengenregelung minimiert werden. Variants of the invention provide that the pressure accumulator as a piston accumulator, especially as a spring-loaded one Piston accumulator, is executed, and / or that the Piston accumulator sealingly guided in a bore Storage piston has a first end face of the Accumulator piston with the pressure of the fluid from the delivery chamber is applied, and that on a second face of the accumulator piston acting pressure of one Pressure control valve is regulated. This arrangement can the holding pressure of the pressure accumulator in a simple way be adjusted or regulated. Due to the Storage effect of the piston accumulator can be at least a part the pumped from the delivery chamber into the pressure accumulator Fluids back in during the suction stroke of the pump element flow back into the pumping chamber so that the energy losses be minimized when regulating the flow rate.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenelements sieht vor, dass die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens über eine Drossel mit dem Hochdruckkanal hydraulisch in Verbindung steht, so dass ein statischer Druckausgleich zwischen dem Hochdruckkanal und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens stattfinden kann. Insbesondere wenn der Druckspeicher als federbelasteter Kolbenspeicher ausgeführt ist, kann während dieses statischen Druckausgleichs der Speicherkolben durch die Federkraft auf einen Dichtsitz im Gehäuse des Druckspeichers gepresst werden, so dass die von dem Druck des Förderraums beaufschlagte Fläche der ersten Stirnfläche des Speicherkolbens kleiner als die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wird. Dadurch wird bis zum Erreichen einer vom Verhältnis der mit Druck beaufschlagten Flächen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens sowie der Federkraft der Druckfeder abhängigen Druckdifferenz der Speicherkolben vom Sitz abgehoben und entsprechend dem dynamischen Gleichgewicht zwischen dem Druck im Hochdruckanschluss bzw. dem Förderraum und der auf die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wirkenden hydraulischen Kraft sowie der auf den Speicherkolben wirkenden Federkraft ein Druck im Förderraum eingestellt. Another embodiment of the invention Pump element provides that the second end face of the Accumulator piston via a throttle with the high pressure channel hydraulically connected so that a static Pressure equalization between the high pressure duct and the second one End face of the storage piston can take place. Especially when the accumulator is spring loaded Piston accumulator can run during this static pressure equalization of the accumulator pistons through the Spring force on a sealing seat in the housing of the Pressure accumulator are pressed, so that of the pressure area of the first end face acted upon by the delivery chamber of the accumulator piston smaller than the second end face of the Accumulator piston. This will until one is reached on the ratio of the pressurized areas of the first face and the second face of the Storage piston and the spring force of the compression spring dependent pressure difference of the accumulator piston from the seat lifted off and according to the dynamic balance between the pressure in the high pressure connection or the Delivery chamber and the second face of the Hydraulic force acting on the accumulator piston as well the spring piston acting a pressure in Delivery room set.

Durch die geeignete Abstimmung der Federrate und Vorspannkraft der Druckfeder, der Größe der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens, sowie des Durchmessers des Dichtsitzes kann das Ansprech- und Schließverhalten des Druckspeichers in weiten Grenzen an die jeweiligen Einsatzbedingungen adaptiert werden. Through the appropriate coordination of the spring rate and Preload force of the compression spring, the size of the first Face and the second face of the Storage piston, as well as the diameter of the sealing seat can the response and closing behavior of the pressure accumulator within wide limits to the respective operating conditions be adapted.

Um ein Rückströmen des Fluids aus dem Hochdruckkanal in den Förderraum zu unterbinden, kann vorgesehen werden, dass zwischen Förderraum und Drossel ein erstes Rückschlagventil angeordnet ist. To ensure a backflow of the fluid from the high pressure channel into the Suppressing the funding area can be provided that a first check valve between the delivery chamber and throttle is arranged.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Hochdruckpumpe, welche eine oder mehrere Pumpenelemente nach einem der vorhergehend beschriebenen Pumpenelemente aufweist, und dass jedem Pumpenelement ein Druckspeicher zugeordnet ist. Diese Hochdruckpumpe hat die zuvor genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpenelemente. The above-mentioned task is also solved by a high pressure pump, which one or more Pump elements according to one of the previously described Has pump elements, and that each pump element Pressure accumulator is assigned. This high pressure pump has that previously mentioned advantages of the invention Pump elements.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe sehen vor, dass der auf die zweiten Stirnseiten der der den mehreren Pumpenelementen zugeordneten Druckspeicher wirkende Druck von einem gemeinsamen Druckregelventil geregelt wird, so dass der Bauaufwand verringert und die Regelgüte im Hochdruckbereich verbessert wird. Further refinements of the invention High pressure pump provide that the second End faces of the the several pump elements assigned pressure accumulator acting pressure of one common pressure control valve is regulated so that the Construction costs reduced and the control quality in the high pressure range is improved.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe kann als Reihenpumpe, Radialkolbenpumpe, Axialkolbenpumpe oder als Verteilerpumpe aufgebaut sein. Sie kann insbesondere als Hochdruckpumpe für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit oder ohne Common-Rail, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren, eingesetzt werden. Alternativ kann die Pumpe auch zum Wasserstrahlen oder Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden. The high-pressure pump according to the invention can be used as a series pump, Radial piston pump, axial piston pump or as a distributor pump be constructed. It can be used in particular as a high pressure pump for fuel injection systems of internal combustion engines with or without common rail, especially for petrol and Diesel engines are used. Alternatively, the pump also for water jetting or water jet cutting be used.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Further advantages and advantageous configurations of the Invention are the following drawing, the Description and the patent claims.

drawing

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe. Fig. 1 shows an embodiment of a high pressure pump according to the invention.

Description of the embodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Reihenpumpe 1 mit zwei Pumpenelementen 3 erläutert. Diese Reihenpumpe 1 kann in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Einspritzanlagen, eingesetzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird dies auch vorausgesetzt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf den Einsatz in Krafteinspritzanlagen beschränkt, sondern kann überall dort mit Vorteil eingesetzt werden, wo flüssige Medien unter höchsten Drücken gefördert werden müssen. Ein mögliches Anwendungsbeispiel ist der Einsatz in Hochdruckhydraulikanlagen oder Anlagen zum Wasserstrahlschneiden oder Hochdruckreinigen mit Wasser. The invention is explained below using a series pump 1 with two pump elements 3 . This in-line pump 1 can be used in injection systems of internal combustion engines, in particular common rail injection systems. In the exemplary embodiment according to FIG. 1, this is also assumed. However, the invention is not limited to use in power injection systems, but can be used to advantage wherever liquid media have to be conveyed under the highest pressures. A possible application example is the use in high pressure hydraulic systems or systems for water jet cutting or high pressure cleaning with water.

Die Reihenpumpe 1 weist ein Gehäuse 5 auf, in dem eine Antriebswelle 7 drehbar gelagert ist. Die Lager sind in der Figur mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Ein Radialwellendichtring 11 dichtet den Innenraum 13 des Gehäuses 5 gegen die Umgebung ab. The in-line pump 1 has a housing 5 in which a drive shaft 7 is rotatably mounted. The bearings are identified in the figure with the reference number 9 . A radial shaft sealing ring 11 seals the interior 13 of the housing 5 from the surroundings.

In das Gehäuse 5 sind zwei Zylinderbohrungen 15 eines Pumpenelements 3 eingearbeitet. In den Zylinderbohrungen 15 ist je ein Pumpenkolben 17 so eingepasst, dass der Pumpenkolben 17 in der Zylinderbohrung oszillieren kann und die Leckage zwischen einem Förderraum 19 und dem Innenraum 13 minimiert ist. Die oszillierende Bewegung der Pumpenkolben 17 wird durch exzentrische Abschnitte 21 der Antriebswelle 7 auf die Pumpenkolben 17 übertragen. In Fig. 1 sind die zwei Kolben 17 um 180° phasenverschoben dargestellt. Der in Fig. 1 linke Kolben 17 befindet sich im oberen Totpunkt (OT), der in Fig. 1 rechte Kolben 17 befindet sich im unteren Totpunkt (UT). Wenn die Antriebswelle um 180° gedreht wird (nicht dargestellt), befindet sich der rechte Kolben im OT und der linke Kolben im UT. Two cylinder bores 15 of a pump element 3 are machined into the housing 5 . A pump piston 17 is fitted in each of the cylinder bores 15 such that the pump piston 17 can oscillate in the cylinder bore and the leakage between a delivery chamber 19 and the interior 13 is minimized. The oscillating movement of the pump pistons 17 is transmitted to the pump pistons 17 by eccentric sections 21 of the drive shaft 7 . In Fig. 1, the two pistons 17 are shown out of phase by 180 °. The piston 17 on the left in FIG. 1 is at top dead center (TDC), the piston 17 on the right in FIG. 1 is at bottom dead center (TDC). When the drive shaft is rotated 180 ° (not shown), the right piston is in the TDC and the left piston in the TDC.

Die Zylinderbohrungen 15 und die Pumpenkolben 17 begrenzen, wie bereits erwähnt, einen Förderraum 19. In der Saugphase, d. h. wenn der Pumpenkolben 17 vom OT zum UT sich bewegt, saugt der Pumpenkolben Kraftstoff aus einem Niederdruckanschluss 23 in den Förderraum 19. Dies erfolgt über eine erste Niederdruckleitung 25. In die erste Niederdruckleitung 25 ist für jedes Pumpenelement 3 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 27 eingebaut. Die Einlassventile 27 verhindern das Rückströmen von Kraftstoff oder einem anderen Fluid aus dem Förderraum 19 in die erste Verbindungsleitung 25 während des Förderhubs der Pumpenelemente 3. As already mentioned, the cylinder bores 15 and the pump pistons 17 delimit a delivery chamber 19 . In the suction phase, ie when the pump piston 17 moves from the TDC to the UT, the pump piston sucks fuel from a low-pressure connection 23 into the delivery chamber 19 . This is done via a first low pressure line 25 . An inlet valve 27 designed as a check valve is installed in the first low-pressure line 25 for each pump element 3 . The inlet valves 27 prevent fuel or another fluid from flowing back from the delivery chamber 19 into the first connecting line 25 during the delivery stroke of the pump elements 3 .

Über zweite Verbindungsleitungen 29 stehen die Förderräume 19 mit einem Hochdruckanschluss 31 hydraulisch in Verbindung. Der Hochdruckanschluss 31 ist in Fig. 1 nur als Punkt dargestellt. An ihn kann beispielsweise ein Common-Rail (nicht dargestellt) mit Injektoren für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine (ebenfalls nicht dargestellt) angeschlossen werden. Alternativ können auch Einspritzdüsen oder andere hydraulische Verbraucher, die mit einem unter höchstem Druck stehenden Fluid versorgt werden müssen, angeschlossen werden. The delivery spaces 19 are hydraulically connected to a high-pressure connection 31 via second connecting lines 29 . The high-pressure connection 31 is only shown as a point in FIG. 1. For example, a common rail (not shown) with injectors for each cylinder of the internal combustion engine (also not shown) can be connected to it. Alternatively, injection nozzles or other hydraulic consumers that have to be supplied with a fluid under the highest pressure can also be connected.

Um das Rückströmen von Kraftstoff auf den Hochdruckanschluss 31 in die Förderräume 19 zu verhindern, ist in den zweiten Verbindungsleitungen 29 kurz vor dem Eintritt in die Förderräume 19 ein Auslassventil 33 je Pumpenelement 3 angeordnet. Die Einlassventile 27 und Auslassventile 33 haben die Funktion von Rückschlagventilen und können in jeder aus dem Stand der Technik bekannten Ausführung bei einem erfindungsgemäßen Pumpenelement 3 eingesetzt werden. Bis hierhin entspricht die Funktionsweise der Pumpenelemente 3 den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpenelementen. In order to prevent the back flow of fuel to the high-pressure port 31 in the delivery chambers 19, in the second connection lines 29 shortly before entry into the pumping chambers 19, an exhaust valve 33 is arranged in each pump element. 3 The inlet valves 27 and outlet valves 33 have the function of check valves and can be used in a pump element 3 according to the invention in any embodiment known from the prior art. Up to this point, the functioning of the pump elements 3 corresponds to the pump elements known from the prior art.

Die Fördermenge je Umdrehung der Antriebswelle 7 ist nahezu konstant über den gesamten Betriebsbereich der Hochdruckpumpe, da, abgesehen von Leckageverlusten zwischen Förderraum 19 und Innenraum 13 und anderen Verlusten, stets das gesamte Förderraumvolumen 19 während des Förderhubs in den Hochdruckanschluss 31 gefördert wird. The delivery rate per revolution of the drive shaft 7 is almost constant over the entire operating range of the high-pressure pump, since, apart from leakage losses between delivery chamber 19 and interior 13 and other losses, the entire delivery volume 19 is always delivered to the high-pressure connection 31 during the delivery stroke.

Um die Fördermenge der Hochdruckpumpe bei konstanter Drehzahl regeln zu können, ist jedem Pumpenelement 3 ein als Kolbenspeicher ausgeführter hydraulischer Druckspeicher 35 zugeordnet. Die Druckspeicher 35 bestehen aus einem Speicherkolben 37, der in einer Bohrung 39 dichtend geführt ist. Die Abdichtung zwischen Bohrung 39 und Speicherkolben 37 erfolgt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über je einen Dichtring 41. In order to be able to regulate the delivery rate of the high-pressure pump at constant speed, each pump element 3 is assigned a hydraulic pressure accumulator 35 designed as a piston accumulator. The pressure accumulator 35 consist of a storage piston 37 which is guided in a bore 39 in a sealing manner. The seal between the bore 39 and the accumulator piston 37 takes place in the exemplary embodiment shown in FIG. 1 via a sealing ring 41 in each case.

Die Speicherkolben 37 weisen eine erste Stirnfläche 43 und eine zweite Stirnfläche 45 auf. Die Bohrungen 39 sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso wie die Zylinderbohrungen 15 in das Gehäuse 5 eingearbeitet. Die Druckspeicher können auch außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet werden. Am in Fig. 1 unteren Ende der Bohrungen 39 ist ein Dichtsitz 47 eingearbeitet, an welchem der Pumpenkolben 37 mit seiner ersten Stirnfläche 43 aufsitzen kann. Zwischen dem Gehäuse 5 und der zweiten Stirnfläche 45 der Speicherkolben 37 ist eine Druckfeder 49 eingespannt. Die Druckfeder 49 ist bestellt, den Speicherkolben 37 auf den Dichtsitz 47 zu drücken. The storage pistons 37 have a first end face 43 and a second end face 45 . In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the bores 39 are worked into the housing 5, just like the cylinder bores 15 . The pressure accumulators can also be arranged outside the housing 5 . At the lower end of the bores 39 in FIG. 1, a sealing seat 47 is incorporated, on which the pump piston 37 can rest with its first end face 43 . A compression spring 49 is clamped between the housing 5 and the second end face 45 of the storage piston 37 . The compression spring 49 is ordered to press the accumulator piston 37 onto the sealing seat 47 .

Zwischen einem von der ersten Stirnfläche 43 des Speicherkolbens 37 und der Bohrung 39 begrenzten ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 und dem Förderraum 19 des zugehörigen Pumpenelements 3 ist eine hydraulische Verbindung über eine dritte Verbindungsleitung 53 vorgesehen. Die Mündung der dritten Verbindungsleitung 53 in den ersten Druckraum 51 ist vom Dichtsitz 47 umgeben, so dass, wenn der Speicherkolben 37 auf dem Dichtsitz 47 aufliegt, nur die vom Dichtsitz 47 eingeschlossene Teilfläche der ersten Stirnfläche 43 des Speicherkolbens 37 mit dem Druck aus dem Förderraum 19 beaufschlagt wird. Dazu wird später noch Näheres gesagt. Between a first of the end face 43 of the accumulator piston 37 and the bore 39 defined first pressure chamber 51 of the accumulator 35 and the delivery chamber 19 of the associated pump element 3 is provided a hydraulic connection via a third connection line 53rd The mouth of the third connection pipe 53 into the first pressure chamber 51 is surrounded by the sealing seat 47, so that when the reservoir piston 37 rests on the sealing seat 47, only the region enclosed by the sealing seat 47 partial area of the first end face 43 of the accumulator piston 37 to the pressure from the pumping chamber 19 is applied. More details will be given later.

Ein zweiter Druckraum 55, der von der zweiten Stirnfläche 45 und der Bohrung 39 begrenzt wird, ist über eine vierte Verbindungsleitung 57 mit einem Druckregelventil 59 verbunden. Das Druckregelventil 59 ist so ansteuerbar, dass der Druck in den zweiten Druckräumen 55 einem gewünschten Sollwert entspricht. A second pressure chamber 55 , which is delimited by the second end face 45 and the bore 39 , is connected to a pressure control valve 59 via a fourth connecting line 57 . The pressure control valve 59 can be controlled such that the pressure in the second pressure chambers 55 corresponds to a desired setpoint.

Über eine fünfte Verbindungsleitung 61 ist eine hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Verbindungsleitung 29 und somit auch den Förderräumen 19 und den zweiten Druckräumen 55 hergestellt. In der fünften Verbindungsleitung 61 ist eine Drossel 63 angeordnet, die einen statischen Druckausgleich zwischen dem in der zweiten Verbindungsleitung 29 und dem zweiten Druckraum 55 herrschenden Druck ermöglicht. Allerdings verhindert die Drossel 63, dass die gesamte Fördermenge der Pumpenelemente 3 in die vierten Verbindungsleitungen 57 und die zweiten Druckräume 55 strömen kann. Die Druckfedern 49 sind so bemessen, dass bei einem Druckanstieg in den Förderräumen 19 die Auslassventile 33 öffnen und somit eine hydraulische Verbindung zwischen Förderräumen 19 und Hochdruckanschluss 31 zulassen, bevor die Speicherkolben 37 von dem Dichtsitz 47 abheben. A hydraulic connection between the second connection line 29 and thus also the delivery spaces 19 and the second pressure spaces 55 is established via a fifth connection line 61 . A throttle 63 is arranged in the fifth connecting line 61 , which enables a static pressure equalization between the pressure prevailing in the second connecting line 29 and the second pressure chamber 55 . However, the throttle 63 prevents the entire delivery rate of the pump elements 3 from flowing into the fourth connecting lines 57 and the second pressure spaces 55 . The compression springs 49 are dimensioned such that when the pressure in the delivery spaces 19 increases, the outlet valves 33 open and thus permit a hydraulic connection between the delivery spaces 19 and the high-pressure connection 31 before the storage pistons 37 lift off from the sealing seat 47 .

Nachfolgend wird die Funktion eines erfindungsgemäßen Pumpenelements an dem in Fig. 1 rechten Pumpenelement erläutert: The function of a pump element according to the invention on the pump element on the right in FIG. 1 is explained below:

Operating case 1 The pressure in one at the High-pressure connection 31 connected to the common rail be increased (maximum flow rate)

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein Steuerdruck eingestellt, der dem zu erreichenden Druck in dem nicht dargestellten Common-Rail entspricht. Der Druck am Hochdruckanschluss 31, an der zweiten Verbindungsleitung 29, der vierten Verbindungsleitung 57 und den zweiten Druckräumen 55 ist gleich, da über die fünfte Verbindungsleitung 61 ein Druckausgleich möglich ist. Zu Beginn eines Förderhubs, d. h. wenn der Pumpenkolben 17 im UT beginnt, sich in Richtung OT zu bewegen, liegt der Speicherkolben 37 mit seiner ersten Stirnfläche 43 auf dem Dichtsitz 47 auf. Je näher der Pumpenkolben 17 dem OT kommt, desto größer wird der Druck im Förderraum 19, bis schließlich das Auslassventil 33 öffnet und den Förderraum 19 mit dem Hochdruckanschluss 31 verbindet. Da der am Druckbegrenzungsventil 59 eingestellte Haltedruck über dem Öffnungsdruck des Auslassventils 33 liegt, bleibt der Speicherkolben 37 druckausgeglichen und behält aufgrund der von der Druckfeder 49 auf ihn ausgeübten Kraft seine Lage auf dem Dichtsitz 47 bei. Infolgedessen wird das gesamte Fördervolumen des Pumpenelements über das Auslassventil 33 in den Hochdruckanschluss 31 gefördert. Nach Erreichen des OT kehrt sich die Bewegung des Pumpenkolbens 17 um, das Einlassventil 27 öffnet und das zu fördernde Fluid kann aus dem Niederdruckanschluß 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 angesaugt werden. The pressure limiting valve 59 is used to set a control pressure which corresponds to the pressure to be achieved in the common rail (not shown). The pressure at the high-pressure connection 31 , at the second connecting line 29 , the fourth connecting line 57 and the second pressure spaces 55 is the same, since pressure compensation is possible via the fifth connecting line 61 . At the beginning of a delivery stroke, ie when the pump piston 17 in the UT begins to move in the TDC direction, the storage piston 37 lies with its first end face 43 on the sealing seat 47 . The closer the pump piston 17 comes to the TDC, the greater the pressure in the delivery chamber 19 until the outlet valve 33 finally opens and connects the delivery chamber 19 to the high-pressure connection 31 . Since the holding pressure set at the pressure limiting valve 59 is above the opening pressure of the outlet valve 33 , the accumulator piston 37 remains pressure-balanced and, due to the force exerted on it by the compression spring 49, maintains its position on the sealing seat 47 . As a result, the entire delivery volume of the pump element is delivered into the high-pressure connection 31 via the outlet valve 33 . After reaching the TDC, the movement of the pump piston 17 is reversed, the inlet valve 27 opens and the fluid to be delivered can be sucked out of the low-pressure connection 23 into the now increasing delivery chamber 19 .

Operating case 2 The pressure in a connected common Rail should be reduced (per funding)

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein Steuerdruck eingestellt, der dem reduzierten Druck in einem an den Hochdruckanschluss 31 angeschlossenen Common-Rail (nicht dargestellt) entspricht. Da der Druck im Hochdruckanschluss 31 über dem am Druckbegrenzungsventil 59 eingestellten Druck liegt, strömt Fluid aus dem Hochdruckanschluss 31 über die Drossel 63 und die vierte Verbindungsleitung 57 durch das Druckbegrenzungsventil 59 in die erste Verbindungsleitung 25, welche mit dem Niederdruckanschluss 23 verbunden ist. Alternativ kann der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 59 auch in eine nicht dargestellte Leckageleitung münden. Die durch das Druckbegrenzungsventil 59 strömende Fluidmenge hängt von der Dimensionierung der Drossel 63 ab. The pressure limiting valve 59 is used to set a control pressure which corresponds to the reduced pressure in a common rail (not shown) connected to the high-pressure connection 31 . Since the pressure in the high-pressure connection 31 is above the pressure set at the pressure-limiting valve 59 , fluid flows from the high-pressure connection 31 via the throttle 63 and the fourth connecting line 57 through the pressure-limiting valve 59 into the first connecting line 25 , which is connected to the low-pressure connection 23 . Alternatively, the outlet of the pressure relief valve 59 can also open into a leakage line, not shown. The amount of fluid flowing through the pressure relief valve 59 depends on the dimensioning of the throttle 63 .

Aufgrund der sich an der Drossel 63 einstellenden Druckdifferenz ist der Druck im zweiten Druckraum 55 des Druckspeichers 35 niedriger als der Druck am Hochdruckanschluss 31. Zu Beginn eines Förderhubs, d. h. in der dargestellten Position des rechten Pumpenkolbens 17 in Fig. 1, dichtet der Speicherkolben 37 mit seinem Dichtsitz 47 und dem Dichtring 41 den ersten Druckraum 51 gegen den zweiten Druckraum 55 des Druckspeichers 35 ab. Dadurch steigt mit zunehmendem Förderhub der Druck im Förderraum 19 und damit auch im ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 an. Wenn der Druck im Förderraum 19 ausreicht, um den Speicherkolben 37 gegen den Druck im zweiten Druckraum 55, der auf die zweite Stirnfläche 45 des Speicherkolbens 37 wirkt, und die von der Druckfeder 49 ausgeübte Kraft zu bewegen, hebt der Speicherkolben 37 vom Dichtsitz 47 ab und aus dem Förderraum 19 kann Fluid über die dritte Verbindungsleitung 53 in den ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 strömen. Dabei entspricht das Volumen des ersten Druckraums 51 der aus dem Förderraum 19 in den ersten Druckraum 51 geförderten Fluidmenge. Das Auslassventil 33 bleibt geschlossen, so dass keine Förderung aus dem Förderraum 19 in den Hochdruckanschluss 31 erfolgt. Infolge des Leckagestroms über die Drossel 63 und gegebenenfalls angeschlossener Verbraucher (z. B. nicht dargestellte Anschlussventile) sinkt der Druck im angeschlossenen Common-Rail (nicht dargestellt). Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 17 um und das Fluid kann aus dem ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 und aus dem Niederdruckanschluss 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 angesaugt werden. Because of the pressure difference that occurs at the throttle 63 , the pressure in the second pressure chamber 55 of the pressure accumulator 35 is lower than the pressure at the high-pressure connection 31 . At the beginning of a delivery stroke, ie in the position shown of the right-hand pump piston 17 in FIG. 1, the storage piston 37, with its sealing seat 47 and the sealing ring 41 , seals the first pressure chamber 51 against the second pressure chamber 55 of the pressure accumulator 35 . As a result, the pressure in the delivery chamber 19 and thus also in the first pressure chamber 51 of the pressure accumulator 35 increases with an increasing delivery stroke. When the pressure in the delivery chamber 19 is sufficient to move the accumulator piston 37 against the pressure in the second pressure chamber 55 , which acts on the second end face 45 of the accumulator piston 37 , and the force exerted by the compression spring 49 , the accumulator piston 37 lifts off the sealing seat 47 and fluid can flow from the delivery chamber 19 via the third connecting line 53 into the first pressure chamber 51 of the pressure accumulator 35 . The volume of the first pressure chamber 51 corresponds to the amount of fluid conveyed from the delivery chamber 19 into the first pressure chamber 51 . The outlet valve 33 remains closed, so that no delivery from the delivery chamber 19 into the high-pressure connection 31 takes place. The pressure in the connected common rail (not shown) drops as a result of the leakage flow via the throttle 63 and possibly connected consumers (eg connection valves not shown). After reaching top dead center, the direction of movement of the pump piston 17 is reversed and the fluid can be sucked out of the first pressure chamber 51 of the pressure accumulator 35 and from the low pressure connection 23 into the now increasing delivery chamber 19 .

Operating case 3 The pressure in a common rail is said to be are kept at a low flow rate

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein neuer Druck eingestellt, der dem Solldruck im Common-Rail entspricht. Der Druck am Hochdruckanschluss 31 und dem zweiten Druckraum 55 der Druckspeicher 35 ist wegen des statischen Druckausgleichs über die Drossel 63 gleich. Zu Beginn eines Förderhubs dichtet der Speicherkolben 37 mit dem Dichtsitz 47 und dem Dichtring 41 den ersten Druckraum 51, der mit dem Druck aus dem Förderraum 19 beaufschlagt ist, gegen den zweiten Druckraum 55 ab. Mit zunehmendem Förderhub steigt der Druck im Förderraum 19, bis das Auslassventil 33 öffnet und eine Förderung in den Hochdruckanschluss erfolgt. Wegen der auf die zweite Stirnfläche 45 des Speicherkolbens 37 erfolgenden hydraulischen Kräfte und der von der Druckfeder 49 auf den Speicherkolben 37 ausgeübten Federkraft behält der Speicherkolben zunächst seine Position auf dem Dichtsitz 47 bei. Wenn das Auslassventil 33 geöffnet ist, kann Fluid aus dem Förderraum 19 in den Hochdruckanschluss 31 weiter in den nicht dargestellten Common-Rail gefördert werden. Dadurch steigt der Druck im Common-Rail und im Förderraum 19. Der Druck im zweiten Druckraum 55 der Druckspeicher 35 steigt jedoch wegen der Drossel 63 und dem Haltedruck des Druckbegrenzungsventils 59 nicht. Sobald der Druck im Förderraum 19 so weit angestiegen ist, dass die auf die erste Stirnfläche 43 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die Kraft der Druckfeder 49 und der auf die zweite Stirnfläche 45 wirkenden hydraulischen Kräfte, hebt der Speicherkolben 37 vom Dichtsitz 47 ab, das Auslassventil 33 schließt und das Fluid wird aus dem Förderraum 19 in den ersten Druckraum 51 gefördert. Somit wird nur eine geringe Fluidmenge zum Hochdruckanschluss 31 gefördert, die ausreicht, um Leckagen und den Bedarf der an den Common-Rail angeschlossenen Injektoren oder anderer Verbraucher zu decken. Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegung des Pumpenkolbens 17 um und das Fluid kann aus dem ersten Druckraum 51 und aus dem Niederdruckanschluss 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 einströmen. With the pressure relief valve 59 , a new pressure is set which corresponds to the target pressure in the common rail. The pressure at the high pressure connection 31 and the second pressure chamber 55 of the pressure accumulator 35 is the same because of the static pressure compensation via the throttle 63 . At the beginning of a delivery stroke, the storage piston 37, with the sealing seat 47 and the sealing ring 41, seals the first pressure chamber 51 , which is subjected to the pressure from the delivery chamber 19 , against the second pressure chamber 55 . With increasing delivery stroke, the pressure increases in the delivery chamber 19, opens to the exhaust valve 33 takes place and a support in the high-pressure connection. Because of the second to the end face 45 of the accumulator piston 37 taking place hydraulic forces and the force exerted by the compression spring 49 on the accumulator piston 37 spring force retains the accumulator piston initially in its position on the sealing seat 47th When the outlet valve 33 is open, fluid can be conveyed from the delivery chamber 19 into the high-pressure connection 31 further into the common rail (not shown). This increases the pressure in the common rail and in the delivery chamber 19 . However, the pressure in the second pressure chamber 55 of the pressure accumulator 35 does not increase because of the throttle 63 and the holding pressure of the pressure limiting valve 59 . As soon as the pressure in the delivery chamber 19 has risen so much that the hydraulic force acting on the first end face 43 is greater than the force of the compression spring 49 and the hydraulic forces acting on the second end face 45 , the accumulator piston 37 lifts off from the sealing seat 47 Outlet valve 33 closes and the fluid is conveyed from the delivery chamber 19 into the first pressure chamber 51 . Thus, only a small amount of fluid is conveyed to the high-pressure connection 31 , which is sufficient to cover leaks and the needs of the injectors or other consumers connected to the common rail. After reaching top dead center, the movement of the pump piston 17 is reversed and the fluid can flow from the first pressure chamber 51 and from the low pressure connection 23 into the now increasing delivery chamber 19 .

Durch die erfindungsgemäße Fördermengenregelung kann ohne Druckstöße im Hochdruckanschluss 31 eine stufenlose Fördermengenregelung der Pumpenelemente bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle auf einfache Weise realisiert werden. Für eine Mehrzahl von Pumpenelementen 3 ist nur ein gemeinsames Druckregelventil 59 notwendig, was die Herstellungs- und Montagekosten verringert und die Regelgüte verbessert. Wenn das Druckregelventil 59 stromlos geschlossen wird, kann auch bei einer defekten Ansteuerung des Druckregelventils die Funktionsfähigkeit der Pumpenelemente - jedoch ohne Fördermengenregelung - aufrechterhalten werden. The inventive flow control stepless capacity control, the pump elements are realized at a constant rotational speed of the drive shaft in a simple manner without pressure surges in the high-pressure port 31st For a plurality of pump elements 3 , only one common pressure control valve 59 is necessary, which reduces the manufacturing and assembly costs and improves the control quality. If the pressure control valve 59 is closed when de-energized, the functionality of the pump elements can be maintained even if the pressure control valve is defective, but without regulating the delivery rate.

Claims

1. Pump element for a high-pressure pump ( 1 ) with a pump piston ( 17 ) oscillating in a cylinder bore ( 15 ), the cylinder bore ( 15 ) and the pump piston ( 17 ) delimiting a delivery chamber ( 19 ), the pump piston ( 17 ) being a fluid , in particular fuel, is sucked into the delivery chamber ( 19 ) via a low pressure connection ( 23 ) and delivers into a high pressure connection ( 31 ), characterized in that the delivery chamber ( 19 ) is hydraulically connected to a pressure accumulator and that the holding pressure of the pressure accumulator is controllable is.

2. Pump element according to claim 1, characterized in that the pressure accumulator is designed as a piston accumulator, in particular as a spring-loaded piston accumulator ( 35 ) with a spring element ( 49 ) acting on a storage piston ( 37 ).

3. Pump element according to claim 2, characterized in that the piston accumulator ( 35 ) has a storage piston ( 37 ) sealingly guided in a bore ( 39 ), that a first end face ( 43 ) of the storage piston ( 37 ) with the pressure of the fluid from the Delivery chamber ( 19 ) is acted upon, and that the pressure acting on a second end face ( 45 ) of the accumulator piston ( 37 ) is regulated by a pressure control valve ( 59 ).

4. Pump element according to claim 3, characterized in that the pressure accumulator ( 35 ) has a sealing seat ( 47 ), that the first end face ( 43 ) of the storage piston ( 37 ) cooperates with the sealing seat ( 47 ), and that the sealing seat ( 47 ) Limited part of the first end face ( 43 ) with the pressure from the delivery chamber ( 19 ) is also applied when the storage piston ( 37 ) rests on the sealing seat ( 47 ).

5. Pump element according to claim 3 or 4, characterized in that the second end face ( 45 ) of the storage piston ( 37 ) via a throttle ( 63 ) with the high pressure connection ( 31 ) is hydraulically connected.

6. Pump element according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet ( 57 ) of the pressure control valve ( 59 ) with the low pressure connection ( 23 ) or a leakage line is hydraulically connected.

7. Pump element according to one of the preceding claims, characterized in that an outlet valve ( 33 ) is provided between the delivery chamber ( 19 ) and throttle ( 63 ).

8. High-pressure pump for conveying fluids, in particular fuel or water, characterized in that the high-pressure pump has at least one pump element ( 3 ) according to one of the preceding claims, and that each pump element ( 3 ) is assigned a pressure accumulator ( 35 ).

9. High-pressure pump according to claim 8, characterized in that the pressure acting on the second end faces ( 45 ) of the pressure accumulator ( 35 ) assigned to the plurality of pump elements ( 3 ) is regulated by a common pressure control valve ( 59 ).

10. High pressure pump according to one of claims 8 and 9, characterized in that the high pressure pump as In-line pump, axial piston pump or radial piston pump is constructed.

11. High pressure pump according to one of claims 8 and 9, characterized in that the high pressure pump as Distributor pump is built.

12. High pressure pump according to one of claims 8 to 11, characterized in that the high pressure pump a High pressure fuel pump for injection systems from Internal combustion engines, in particular gasoline and diesel engines, is.

13. High pressure pump according to one of claims 8 to 12, characterized in that the high pressure pump a High-pressure fuel pump for common rail injection systems of internal combustion engines, especially Otto and Diesel engines, is.