DE10228552B9

DE10228552B9 - Radialkolbenpumpeneinheit

Info

Publication number: DE10228552B9
Application number: DE10228552A
Authority: DE
Inventors: Ludmilla Graf; Uwe Nigrin; Johann Schneider; Ngoc-Tam Vu
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: JP2005535820A; US20050100448A1; US7118350B2; EP1521914B1; EP1521914A1; DE10228552A1; WO2004003385A1; DE10228552B4; DE50313020D1

Abstract

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit
– einem Pumpengehäuse (1), in dem
– eine Antriebswelle (2) mit einem Exenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem
– ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsache bewegbaren, federbelasteten
– Pumpenkolben (5) einer Radialkolbenpumpe bewegt
– sowie eine der Radialkolbenpumpe vorgeschalteten Kraftstoff-Vorförderpumpe, wobei
– die Antriebswelle (2) einen fliegend gelagerten Endbereich (6), mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe (8), aufweist,
– das Pumpengehäuse (1) als Topfgehäuse ausgebildet ist,
– der fliegend gelagerte Endbereich (6) der Antriebwelle (2) auf der zum Pumpengehäuse (1) offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse (1) durch einen angeflanschten Topfdeckel (31) verschlossen ist, und
– der Topfdeckel derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer der Kraftstoff-Vorförderpumpe ausbildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem.
Durch die DE 198 48 035 A1 ist eine Radialkolbenpumpe für die Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem bereits bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle geführt ist. Die Antriebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, auf dem ein Hubring geführt ist. An dem Hubring stützen sich vorzugsweise mehrere, bezüglich der Antriebwelle radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführte Pumpenkolben ab. Jedem Pumpenkolben ist ein Saugventil sowie ein Druckventil zugeordnet. Über das Saugventil wird dem Pumpenkolben Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich zugeführt. Nach dem Druckaufbau wird der komprimierte Kraftstoff über das Druckventil abgeleitet.
Einer derartigen Radialkolbenpumpe ist üblicherweise eine Kraftstoffvorförderpumpe vorgeschaltet, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank der Hochdruckpumpe zuführt. Die Kraftstoffvorförderpumpe wird in der Regel durch einen Elektromotor oder über die Nockenwelle angetrieben. Bei dem Nockenwellenantrieb kann die Vorförderpumpe direkt auf der Nockenwelle sitzen oder über einen Riemen angetrieben werden. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse im Motorraum ist es notwendig, die Kraftstoffhochdruckpumpe sowie die Vorförderpumpe möglichst kompakt zu bauen.
Die DE 199 13 774 A1 schlägt deshalb vor, die Kraftstoffförderpumpe in das Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe zu integrieren und die Antriebswelle der Radialkolbenpumpe mit der Kraftstoff-Vorförderpumpe formschlüssig direkt zu koppeln.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruckeinspritzsysteme bereit zu stellen, die eine sehr kompakte Bauweise aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkolbenpumpe eine Antriebswelle aufweist, die einen fliegend gelagerten Endbereich mit einem Verzahnungsprofil zur Aufnahme einer Kraftstoff Vorförderpumpe aufweist. Das Pumpengehäuse ist als Topfgehäuse ausgebildet, wobei der fliegend gelagerte Endbereich der Antriebwelle auf der zum Pumpengehäuse offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse durch einen angeflanschten Topfdeckel verschlossen ist, und wobei der Topfdeckel derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer der Kraftstoff-Vorförderpumpe ausbildet. Hierdurch lässt sich die Baubreite der Radialkolbenpumpeneinheit verringern.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der kompakten Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoff-Vorförderpumpe ergibt ist der, dass die Leitung von der Kraftstoff-Vorförderpumpe zum Saugventil der Hochdruckpumpe auf ein Minimum reduziert werden kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1 einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit,
2 einen weiteren Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit,
3 einen Schnitt durch eine Steuerscheibe längs der Schnittlinie A-A'
4 eine weitere Darstellung der Radialkolbenpumpeneinheit
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die beiden Längsschnitte gehen durch die Wellenachse, sind jedoch in einem bestimmten Winkel zueinander verdreht. Dies ist notwendig, da die einzelnen Bauteile der Radialkolbenpumpeneinheit auf dem Umfang verteilt sind und nur so alle Bauteile dargestellt werden können.
Eine Antriebswelle 2 (1) ist über ein erstes Wellenlager 9a und ein zweites Wellenlager 9b im Pumpengehäuse 1 gelagert. Die Antriebswelle 2 weist einen Exzenterabschnitt 3 auf. Auf dem Exzenterabschnitt 3 ist ein Hubring 4 angeordnet. Auf dem Hubring 4 stützen sich vorzugsweise drei in radialer Richtung zur Antriebsachse bewegbare, federbelastete Pumpenkolben 5 (2) ab. Die Pumpenkolben 5 sind dabei vorzugsweise 120° gegeneinander versetzt, in einer Radialebene zur Achse der Antriebswelle 2 im Pumpengehäuse 1 angeordnet. Die Antriebswelle 2 weist einen fliegend gelagerten Endbereich 6 auf, der gleichzeitig der Antrieb einer Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 ist. Zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 weist der fliegend gelagerte Endbereich 6 ein Verzahnungsprofil 7 auf.
Das Pumpengehäuse 1 ist als Topfgehäuse ausgebildet. Der fliegend gelagerte Endbereich 6 der Antriebswelle 2 sitzt auf der zum Pumpengehäuse 1 offenen Topfseite. Die offene Topfseite des Pumpengehäuses 1 wird durch einen angeflanschten Topfdeckel 31 verschlossen. Der Topfdeckel 31 ist derart gestaltet, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer 32 der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 ausbildet. Im Topfdeckel 31 ist zusätzlich der Kraftstoffzulaufanschluss 10, ein Strömungskanal 12, eine Schmierungsbohrung 14 sowie ein Volumenstrom-Regelventil 16 untergebracht. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpeneinheit möglich.
Der Kraftstoff tritt dabei durch den Kraftstoff-Zulaufanschluss 10 im Topfdeckel 31 in die Radialkolbenpumpeneinheit ein. Über den Strömungskanal 12 gelangt der Kraftstoff zur Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Strömungskanal 12 ist derart gestaltet, dass eine beidseitige Befüllung der Pumpenkammer 32 möglich ist. Die Schmierbohrung 14 dient zur Schmierung der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Kraftstoff tritt mit einem Vordruck von ca. 5–10 bar aus der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8 aus und gelangt von dort aus in das Volumenstrom-Regelventil 16, welches platzsparend in den Topdeckel 31 integriert ist. Vom Volumenstrom-Regelventil 16 gelangt der Kraftstoff dann zu einer Steuerscheibe 18. Die Steuerscheibe 18 dient dabei dazu, den Kraftstoff gleichmäßig auf die am Umfang verteilten Saugventile zu verteilen. Hierzu ist an der Steuerscheibe 18 eine umlaufende Ringnut 20 vorgesehen.
Jedem Pumpenkolben 5 sind jeweils ein Saugventil 24 und ein Druckventil 28 zugeordnet (2). Während des Saughubs der Pumpenkolben 5 öffnet das Saugventil 24 und Kraftstoff kann in den Zylinderraum 26 einströmen. Während des Kompressionshubs des Pumpenkolbens 5 wird der Kraftstoff im Zylinderraum 26 komprimiert. Hierbei sind sowohl das Saugventil 24 als auch das Druckventil 28 geschlossen. Am Ende des Kompressionshubes des Pumpenkolbens 5 öffnet das Druckventil 28 und der Kraftstoff kann in die Hochdruckleitung strömen.
3 zeigt einen Schnitt durch die Steuerscheibe 18. Die Schnittachse ist in 2 durch die Achse E-E' gekennzeichnet. Die Steuerscheibe 18 ist fest mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden. Die Steuerscheibe 18 weist Verformungstaschen 33 auf, die eine elastische Verformung der Steuerscheibe 18 insbesondere beim Anlauf der Antriebswelle 2 erlauben. Die Steuerscheibe 18 weist ein Druckbegrenzungsventil 30 für die Kraftstoffvorförderpumpe 8 auf. Als Vorförderpumpe eignet sich insbesondere eine Flügelzellenpumpe oder eine Sperrflügelpumpe.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine Radialkolbenpumpeneinheit. Am äußeren Umfang des Pumpengehäuses 1 sind eine ebene Flächen 36 und eine ebene Fläche 37 angeordnet, welche zur Aufnahme der Pumpenanschlüsse 39 und 40 dienen. Unterhalb der Anschlüsse 39 und 40 befindet sich der in das Pumpengehäuse integrierte Hochdruckspeicher 41, der durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Hochdruckspeicher 41 kann vorteilhaft in das Pumpengehäuse 1 integriert werden, da durch die Auslegung des Pumpengehäuses 1 als hochdruckfestes Bauteil an bestimmten Stellen des Pumpengehäuses 1 genügend Materialreserven vorhanden sind, um den Hochdruckspeicher 41 zu integrieren. Insbesondere bietet sich die Integration des Hochdruckspeichers in das Pumpengehäuse an, wenn gleichzeitig ein Druckregelventil 42 in den Hochdruckspeicher integriert wird. Der Hochdruckspeicher 41 ist, auf der in der Zeichnung rechten Seite, mit dem Druckregelventil 42 verbunden. Auf der in der Zeichnung linken Seite befindet sich eine Leitung zum Anschluss 40.
Das Pumpengehäuse 1 lässt sich kostengünstig aus Kugelgraphitguss fertigen. Sollen mit der Radialkolbenpumpeneinheit sehr hohe Drücke realisiert werden, ist das Pumpengehäuse 1 vorzugsweise aus Kugelgraphitguss mit bainitischen Gefüge oder als Stahlschmiedeteil auszuführen.
Der Topfdeckel 31 kann vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff gefertigt werden.
Die Steuerscheibe 18 kann vorzugsweise aus Stahl, Kunststoff oder Aluguss gefertigt werden. An das Pumpengehäuse 1 kann vorzugsweise eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung der Radialkolbenpumpeneinheit am Motor vorgesehen werden.

Claims

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit – einem Pumpengehäuse (1), in dem – eine Antriebswelle (2) mit einem Exenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem – ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsache bewegbaren, federbelasteten – Pumpenkolben (5) einer Radialkolbenpumpe bewegt – sowie eine der Radialkolbenpumpe vorgeschalteten Kraftstoff-Vorförderpumpe, wobei – die Antriebswelle (2) einen fliegend gelagerten Endbereich (6), mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe (8), aufweist, – das Pumpengehäuse (1) als Topfgehäuse ausgebildet ist, – der fliegend gelagerte Endbereich (6) der Antriebwelle (2) auf der zum Pumpengehäuse (1) offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse (1) durch einen angeflanschten Topfdeckel (31) verschlossen ist, und – der Topfdeckel derart gestaltet ist, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer der Kraftstoff-Vorförderpumpe ausbildet.
Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Topfdeckel zusätzlich ein Kraftstoffzulaufanschluss (10), ein Kraftstoffzulauf-Strömungskanal (12) und eine Schmierungsbohrung (14) untergebracht sind.
Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzulauf-Strömungskanal (12) derart gestaltet ist, dass eine beidseitige Befüllung der Pumpenkammer (32) ermöglicht ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe (8) eine Flügelzellenpumpe ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe (8) eine Sperrflügelpumpe ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (1) als Kugelgraphitgussteil oder als Stahlschmiedeteil hergestellt ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfdeckel (31) ein Volumenstrom-Regelventil (16) beinhaltet.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Topfdeckel (31) aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff hergestellt ist.
Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass am Pumpengehäuse (1) eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung am Motor vorgesehen ist.