DE19753155A1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine und darin verwendete Hochdruckpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung geht zunächst aus von einem Kraftstoffversor­ gungssystem für eine Brennkraftmaschine, das gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1 eine Hochdruckpumpe, die Kraftstoff aus einem Niederdruckbereich ansaugt und in einen mehreren Zy­ lindern der Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdruckbereich ab­ gibt und eine durch einen Elektromotor angetriebene Vorförder­ pumpe aufweist, die Kraftstoff unter einem Vorförderdruck in den Niederdruckbereich einspeist. Die Erfindung betrifft auch die Hochdruckpumpe direkt, wobei diese gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6 ein Gehäuse besitzt, das vorzugsweise mehrere Fördereinheiten aufnimmt, die Kraftstoff von dem unter einem Vorförderdruck stehenden Niederdruckbereich in den gemeinsamen Hochdruckbereich fördern.

Sowohl ein Kraftstoffversorgungssystem als auch eine Hochdruck­ pumpe der bezeichneten Art ist durch die DE 42 16 877 C2 be­ kannt. Die Hochdruckpumpe ist dort eine Radialkolbenpumpe mit drei im wesentlichen radial und in gleichen Winkelabständen be­ züglich der Achse einer Antriebswelle angeordneten Förderkol­ ben, die in Kontakt mit einem Excenter gehalten werden, der auf der Antriebswelle sitzt und sich in einem Kurbelraum des Gehäu­ ses befindet. Im Saughub, währenddessen sich der Arbeitsraum an einem Förderkolben vergrößert, strömt Kraftstoff aus dem Nie­ derdruckbereich in den Arbeitsraum hinein. Im Arbeitshub wird der Kraftstoff von den Förderkolben in den gemeinsamen Hoch­ druckbereich verdrängt. Aus diesem wird der Kraftstoff zeitlich und mengenmäßig genau gesteuert direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Man spricht von einer Common-Rail-Direkteinspritzung.

Diese Art der Kraftstoffversorgung ist seit jüngster Zeit bei einem mit einem Dieselmotor ausgestatteten Pkw-Typ verwirk­ licht.

Man strebt an, die Common-Rail-Direkteinspritzung auch bei Ben­ zinmotoren einzusetzen und verspricht sich davon eine beträcht­ liche Einsparung von Kraftstoff. Ein Hindernis für den Erfolg dieser Technik liegt darin, daß man bisher die hohen Schad­ stoffemmissionen im Abgas noch nicht unter Kontrolle hat. Ins­ besondere der Startvorgang genügt in dieser Hinsicht noch nicht den gestellten Anforderungen.

Verwendet man für einen Benzinmotor mit Common-Rail- Direkteinspritzung eine mechanisch über die Nockenwelle ange­ triebene Hochdruckpumpe, so werden während des Startens der Brennkraftmaschine bis zum Aufbau eines ausreichenden Ein­ spritzdruckes im Hochdruckbereich in der Regel einige Umdrehun­ gen der Antriebswelle der Hochdruckpumpe benötigt. Bis der aus­ reichende Einspritzdruck erreicht ist, muß mit einem zu niedri­ gen Druck, zu Beginn sogar mit dem Vorförderdruck, der durch die mit der Betätigung des Zündanlaßschalters einsetzenden För­ derung der Vorförderpumpe im Niederdruckbereich aufgebaut wird, in den Saughub der Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Mit diesen niedrigen Drücken läßt sich jedoch keine gu­ te Gemischzusammensetzung erreichen, so daß relativ viele un­ verbrannte Kohlenwasserstoffe in das Abgas gelangen.

Um den Druck im Hochdruckbereich schneller ansteigen zu lassen, gibt es die Überlegung, eine Hochdruckpumpe zu verwenden, die ein größeres Hubvolumen hat, die also pro Umdrehung der An­ triebswelle viel Kraftstoff fördert.

Hierdurch wird aber zum einen die Leistungsaufnahme der Pumpe und durch die abgedrosselte Überschußmenge zum andern der Wär­ meeintrag in den Kraftstoff vergrößert.

Ziel der Erfindung ist es, ein Kraftstoffversorgungssystem mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzu­ entwickeln, daß auch dann, wenn eine Hochdruckpumpe mit einem auf den Kraftstoffverbrauch während des normalen Laufs der Brennkraftmaschine abgestimmten Hubvolumen verwendet wird, beim Startvorgang der Brennkraftmaschine schnell ein hoher Druck im Hochdruckbereich erreicht wird. Insbesondere soll der Druck in­ nerhalb einer Zeitspanne von einigen Zehntelsekunden, die bei einer Betätigung des Zündschlüssels zwischen dem Einschalten der Zündung und dem Beginn der Drehung des Startermotors lie­ gen, schon hoch sein.

Dieses Ziel wird durch ein Kraftstoffversorgungssystem er­ reicht, das zusätzlich zu den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gemäß dem kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs ei­ nen Druckübersetzer mit einem Druckübersetzerkolben aufweist, der eine große Wirkfläche, an die ein erster Druckraum an­ grenzt, der fluidisch mit dem Niederdruckbereich verbunden ist, und eine kleine Wirkfläche besitzt, an die ein zweiter Druck­ raum angrenzt, der fluidisch mit dem Hochdruckbereich verbunden ist. Beim Startvorgang wird der Elektromotor der Vorförderpumpe sofort beim Einschalten der Zündung an Spannung gelegt und fängt an sich zu drehen. Im Niederdruckbereich baut sich schnell der Vorförderdruck auf, von dem der Druckübersetzerkol­ ben an der großen Wirkfläche beaufschlagt wird. Entsprechend dem Flächenverhältnis zwischen der großen Wirkfläche und der kleinen Wirkfläche wird der sich im Hochdruckbereich befindli­ che Kraftstoff auf einen hohen Druck komprimiert. Ist das Flä­ chenverhältnis z. B. 12,5, so kann mit einem Vorförderdruck von 4 bar hochdruckseitig ein Druck von 50 bar erzeugt werden. Es ist in jedem Fall möglich, hochdruckseitig einen Druck zu er­ zeugen, der den Anforderungen an eine Kraftstoffeinspritzung genügt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Kraft­ stoffversorgungssystems kann man den Unteransprüchen 2 bis 6 entnehmen.

Um den Leitungsaufwand geringzuhalten und wenig zusätzlichen Bauraum für den Druckübersetzer zu benötigen, ist dieser vor­ zugsweise gemäß Anspruch 3 in die Hochdruckpumpe integriert.

Es ist denkbar, daß zu Beginn eines Startvorgangs der Hoch­ druckbereich nicht völlig mit Kraftstoff gefüllt ist. Um nun unabhängig von einer Bewegung des Druckübersetzerkolbens eine schnelle Befüllung zu ermöglichen, ist gemäß Anspruch 4 ein zu­ sätzlicher Fluidpfad zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich vorgesehen, in dem ein Rückschlagventil ange­ ordnet ist, das vom Niederdruckbereich zum Hochdruckbereich öffnet und umgekehrt sperrt. Grundsätzlich kann, wenn die Hoch­ druckpumpe Saug- und Druckventile enthält, der Hochdruckbereich auch über diese Ventile von der Vorförderpumpe gefüllt werden. Allerdings ist der Fluidpfad über diese Ventile unter Umständen lange und weist viele Umlenkungen auf. Desweiteren können die Saug- und Druckventile relativ hoch in Schließrichtung vorge­ spannt sein. Insgesamt könnte sich zwischen dem Hochdruckbe­ reich und dem Niederdruckbereich ein Druckgefälle ergeben, das den Druckübersetzerkolben schon wandern läßt, noch bevor der Hochdruckbereich ganz gefüllt ist. Das Schließglied des Rück­ schlagventils in dem zusätzlichen Fluidpfad ist in Schließrich­ tung nur ganz schwach oder überhaupt nicht vorgespannt, so daß der Druckunterschied zwischen dem Niederdruckbereich und dem Hochdruckbereich während des Befüllens von letzterem nur sehr gering ist. Die Reibung an den Dichtungen für den Drucküberset­ zerkolben reicht deshalb aus, um bis zum Ende der Befüllung des Hochdruckbereichs den Druckübersetzerkolben in seiner Ausgangs­ stellung zu belassen. Wiederum um Bauraum einzusparen, verläuft gemäß Anspruch 5 der zusätzliche Fluidpfad vorteilhafterweise durch den Druckübersetzerkolben, an dem auch das Rückschlagven­ til sitzt.

Durch eine Verrastung in der Ausgangsstellung ist besonders gut sichergestellt, daß der Druckübersetzerkolben zu Beginn des Startvorgangs die Ausgangsstellung einnimmt und sich erst bei einer Druckdifferenz bestimmter Höhe zwischen der Niederdruck­ seite und der Hochdruckseite bewegt. Nach kurzem Weg fällt die Rastkraft weg, so daß eine hohe Druckübersetzung erreicht wird.

Die Ansprüche 7 bis 12 sind auf eine Hochdruckpumpe gerichtet, die zur Verwendung in einem Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vorgesehen ist und ein Gehäuse auf­ weist, in dem nicht nur die Fördereinheiten, die Kraftstoff vom Niederdruckbereich in den gemeinsamen Hochdruckbereich fördern, sondern auch der Druckübersetzerkolben untergebracht ist. Für den Druckübersetzerkolben wird dann nur wenig zusätzlicher Bau­ raum benötigt.

Ist die Hochdruckpumpe eine Radialkolbenpumpe mit mehreren im wesentlichen radial und in gleichen Winkelabständen zueinander angeordneten Förderkolben, so wird der Druckübersetzerkolben vorteilhafterweise ebenfalls annähernd in radialer Richtung an­ geordnet und zwischen zwei Förderkolben im Gehäuse unterge­ bracht.

Die fluidische Verbindung zwischen dem ersten Druckraum am Druckübersetzerkolben und dem Niederdruckbereich läßt sich, wenn der Kurbelraum des Gehäuses, der den die Förderkolben an­ treibenden Exzenter aufnimmt, im Niederdruckbereich liegt, auf einfache Weise durch einen Durchbruch im Gehäuse herstellen.

Auch die Maßnahmen aus den Ansprüchen 10, 11 und 12 sind im Hinblick auf eine einfache und gedrängte Bauweise vorteilhaft.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffver­ sorgungssystems sowie ein Ausführungsbeispiel einer in einem solchen Kraftstoffversorgungssystem verwendeten Hochdruckpumpe mit integriertem Druckübersetzer sind in den Zeichnungen darge­ stellt. Anhand dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das Kraftstoffversorgungssystem in schaltungstech­ nischer Hinsicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die als Radialkolbenpumpe ausgebildete Hochdruckpumpe im Bereich der Radial­ kolben und des integrierten Druckübersetzers und

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Hochdruckpumpe gemäß Linie III-III aus Fig. 2.

Das Kraftstoffversorgungssystem gemäß Fig. 1 besitzt eine durch einen Elektromotor 10 angetriebene Vorförderpumpe 11, die zusammen mit dem Elektromotor eine Baueinheit bildet, die sich innerhalb eines Kraftstofftanks 12 eines Kraftfahrzeugs befin­ det. Zu der Baueinheit gehört auch ein Druckbegrenzungsventil 13, dessen Eingang mit dem Druckausgang der Vorförderpumpe 11 verbunden ist und durch das am Druckausgang ein Druck von z. B. 4 bar einstellbar ist. Vom Druckausgang der Vorförderpumpe 11 ist eine Vorförderleitung 14 aus dem Tank 12 heraus und unter Zwischenschaltung eines Kraftstoffilters 15 zu einer Hochdruck­ pumpe 16 geführt. Diese ist, wie näher aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, eine Radialkolbenpumpe mit einem Gehäuse 17, in dem drei Fördereinheiten 18 untergebracht sind. Die Vorförderlei­ tung 14 mündet in einen Hohlraum 19 des Gehäuses 17, der in Fig. 1 durch eine Linie angedeutet ist und aus dem jeweils über ein nach Art eines Rückschlagventils aufgebautes Saugventil 20 Kraftstoff in den Arbeitsraum einer Fördereinheit gelangen kann. Der ganze Leitungstrakt zwischen dem-Ausgang der Vorför­ derpumpe 11 und den Saugventilen 20 kann als Niederdruckbereich bezeichnet werden, in den, sieht man einmal von den geringen Drosselverlusten in den Leitungen sowie im Kraftstoffilter 15 ab, der am Druckbegrenzungsventil 13 eingestellte Vorförder­ druck herrscht. Jeder Arbeitsraum der Hochdruckpumpe ist über ein als zu ihm ihn sperrendes Rückschlagventil ausgebildetes Druckventil mit einem im Gehäuse 17 verlaufenden Kanal verbun­ den. Alle Kanäle laufen innerhalb des Gehäuses 17 zusammen und sind in einem einzigen Kanal zu einem Druckausgang 22 der Hoch­ druckpumpe geführt. Dies wird noch näher bei Betrachtung der Fig. 2 und 3 erläutert. An den Druckausgang 22 ist eine al­ len Zylindern der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftma­ schine gemeinsame Hochdruckleitung 23 angeschlossen. Der gesam­ te Leitungstrakt zwischen den Druckventilen 21 und den Zylin­ dern der Brennkraftmaschine kann als Hochdruckbereich bezeich­ net werden.

In die Hochdruckpumpe 16 ist ein Druckübersetzer 30 mit einem Druckübersetzerkolben 31 eingebaut, der sich aus einem primär­ seitigen Teilkolben 32 großen Durchmessers und einem sekundär­ seitigen Teilkolben 33 kleinen Durchmessers zusammensetzt. An der den Teilkolben 33 abgewandten Wirkfläche 34 des primärsei­ tigen Teilkolbens 32 grenzt ein Druckraum 35 an, der mit dem Hohlraum 19 des Gehäuses 17, also mit dem Niederdruckbereich des Kraftstoffversorgungssystems fluidisch verbunden ist. An die gegenüber der Wirkfläche 34 wesentlich kleinere Wirkfläche 36 des sekundärseitigen Teilkolbens 33 grenzt ein Druckraum 37 an, der mit dem Hochdruckbereich des Kraftstoffversorgungssy­ stems fluidisch verbunden ist.

Um den Teilkolben 33 läuft auf der hochdruckabgewandten Seite einer Hochdruckdichtung 24 eine Rastnut 25 herum, in die eine unter Federbelastung stehende Rastkugel 26 einschnappen kann. Dadurch ist der Druckübersetzerkolben 31 in einer Ausgangsstel­ lung gesichert.

Durch den Druckübersetzerkolben 31 führt zentral und axial eine Bohrung 38 hindurch, in der an der Mündung in den Druckraum 37 ein Rückschlagventil 39 angeordnet ist, das in Richtung vom zweiten Druckraum 37 zum ersten Druckraum 35 hin sperrt. Das Schließglied 40 des Rückschlagventils 39 ist in Schließrichtung von einer schwach vorgespannten Druckfeder 41 belastet. Die Vorspannung liegt in einem Bereich, der das Rückschlagventil bei einem Druckunterschied zwischen dem ersten Druckraum 35 und dem zweiten Druckraum 37 im Bereich unterhalb von 0,1 bar sich öffnen läßt.

Die Hochdruckpumpe wird über die in Fig. 1 schematisch ange­ deutete Nockenwelle 42 von der Brennkraftmaschine angetrieben.

An den Hochdruckbereich ist ein Druckbegrenzungsventil 45 ange­ schlossen, das elektromagnetisch verstellbar ist und mit dessen Hilfe der jeweils optimale Hochdruck im Hochdruckbereich einge­ stellt wird. Vom Druckbegrenzungsventil führt eine Leitung 46 zurück zum Kraftstofftank 12. An diese Leitung ist auch der Ringraum auf der einen Seite des Teilkolbens 32 des Drucküber­ setzers 30 angeschlossen.

Es sei nun angenommen, daß ein mit dem Kraftstoffversorgungssy­ stem gemäß Fig. 1 ausgestattetes Kraftfahrzeug bei nicht lau­ fender Brennkraftmaschine stillsteht und alle Kraftstoffleitun­ gen unter Atmosphärendruck mit Kraftstoff gefüllt sind. Beim Startvorgang wird der Zündschalter betätigt und gelangt zu­ nächst in eine Schaltstellung "Zündung ein", in der der Elek­ tromotor 10 schon an Spannung gelegt ist, während der Anlasser noch vom Bordnetz getrennt ist. Der Elektromotor 10 treibt die Vorförderpumpe 11 an, woraufhin dieser Kraftstoff in den Nie­ derdruckbereich fördert, so daß sich dort ein Druck von 4 bar aufbaut. Schon bei einem kleinen Druckunterschied zwischen den Druckräumen 35 und 37 wird die Rastkraft der Rastkugel 26 über­ wunden und es beginnt der Druckübersetzerkolben 31 sich zu be­ wegen, so daß sich im Hochdruckbereich ein im Verhältnis der Fläche 34 zur Fläche 36 am Druckübersetzerkolben gegenüber dem Vorförderdruck höherer Druck aufbaut. Dies geschieht innerhalb sehr kurzer Zeit, noch bevor der Zündanlaßschalter in eine Stellung gelangt, in der auch der Anlasser an Spannung liegt und beginnt die Brennkraftmaschine und mit ihr die Nockenwelle und die Fördereinheiten der Hochdruckpumpe 16 anzutreiben. Kraftstoff kann also von Beginn an unter Hochdruck in die Zy­ linder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden.

Beim Startvorgang kann von der Vorförderpumpe 11 geförderter Kraftstoff über die Saugventile 20 und die Druckventile 21 in den Hochdruckbereich gelangen, solange dort der Druck um eine Druckdifferenz, die der Summe der Vorspannkräfte eines Saugven­ tils 20 und eines Druckventils 21 äquivalent ist, kleiner ist als der Vorförderdruck. Ist jedes Ventil 20 und 21 z. B. 0,1 bar, so kann vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich Kraftstoff fließen, solange der Druck im Hochdruckbereich un­ terhalb von 3,8 bar liegt. Grundsätzlich ist es also denkbar, den Hochdruckbereich, dann wenn er zu Beginn eines Startvor­ gangs der Brennkraftmaschine nicht vollständig gefüllt ist, über die Saugventile 20 und Druckventile 21 zu füllen, bevor sich der Druckübersetzerkolben 31 bewegt. Das Füllen muß dann nicht mit Hilfe des Druckübersetzerkolben 31 erfolgen, so daß dessen Weg begrenzt sein kann. Ohne die Rastkugel müßte dann allerdings die Reibung zwischen dem Druckübersetzerkolben und seiner Führung so groß sein, daß sich der Druckübersetzerkolben während des Füllvorgangs über die Saug- und Druckventile 20 und 21 nicht aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Niederdruck­ bereich und dem Hochdruckbereich in Bewegung setzt. Anderer­ seits soll die Reibung am Druckübersetzer möglichst klein sein, damit die vom Vorförderdruck an der großen Wirkfläche 34 er­ zeugte Kraft in möglichst hohem Maße für die Druckübersetzung ausgenutzt wird. Eine solche Ausnutzung in hohem Maße ermög­ licht die Verrastung des Druckübersetzerkolbens in seiner Aus­ gangsstellung und der zusätzliche über den Druckübersetzerkol­ ben vom Niederdruckbereich in den Hochdruckbereich führende Fluidpfad 38 mit dem darin angeordneten Rückschlagventil 40, dessen Schließfeder 41 wesentlich schwächer, z. B. auf 0,05 bar vorgespannt ist als die jeweilige Schließfeder der Saug- und Druckventile 20 und 21. Aufgrund der schwächeren Vorspannung der Druckfeder 41 und weil im zusätzlichen Fluidpfad nur ein Rückschlagventil angeordnet ist, ist beim anfänglichen Füllvor­ gang des Hochdruckbereichs die Druckdifferenz zwischen dem Nie­ derdruckbereich und dem Hochdruckbereich wesentlich kleiner als bei einer Füllung nur über die Saug- und Druckventile 20 und 21, so daß eine geringe Rastkraft zwischen dem Druckübersetzer­ kolben 31 und der Rastkugel genügt, um den Druckübersetzerkol­ ben während des Füllvorgangs in seiner in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung zu halten. Nach dem Füllen des Hochdruckbe­ reichs steigt dort der Druck über 1 bar an und der Unterschied einander entgegengerichteter Druckkräfte wird am Drucküberset­ zer 31 schnell so groß, daß er sich, nach Fig. 1 betrachtet, nach rechts bewegt und den Kraftstoff im Hochdruckbereich unter Hochdruck setzt.

Wenn dann die Hochdruckpumpe arbeitet, steigt der Druck im Hochdruckbereich über den maximal mit dem Druckübersetzer er­ reichbaren Druck an, so daß der Druckübersetzer in die in Fig. 1 gezeigte Position zurückfährt und dort verbleibt. Das Rück­ schlagventil 40 verhindert, daß über den zusätzlichen Fluidpfad 38 Kraftstoff aus dem Hochdruckbereich in den Niederdruckbe­ reich zurückfließt.

Beim Ausschalten der Brennkraftmaschine ist darauf geachtet, daß eine Entlastung des Hochdruckbereichs über das Druckbegren­ zungsventil 45 erst erfolgt, wenn der Elektromotor 10 und damit die Vorförderpumpe 11 stillstehen und sich der Vorförderdruck auf Tankdruck abgebaut hat. Der Druckübersetzerkolben verbleibt dann sicher in seiner in Fig. 1 gezeigten Ausgangsstellung und kann beim nächsten Startvorgang wieder wirksam werden.

Für ein Zahlenbeispiel sei angenommen, daß eine gängige Vorför­ derpumpe bei einem Vorförderdruck von 4 bar 120 l/h fördert. Die Zeitdifferenz zwischen dem Einschalten des Elektromotors 10 und des Anlassers sei 300 ms. In dieser Zeit fördert die Vor­ förderpumpe 11 10 cm³. Sind pro Einspritzung ihn den Zylinder einer Brennkraftmaschine 10 mm³ nötig, so werden für die ersten 20 Injektionen 200 mm³ Kraftstoff verbraucht. Unterstellt man einen erforderlichen Mindestdruck zum Einspritzen von 50 bar, so ergibt sich unter Vernachlässigung von Reibung am Drucküber­ setzerkolben ein Flächenverhältnis von 50 bar zu 4 bar = 12,5. Um dieses Flächenverhältnis zu erhalten, habe der sekundäre Teilkolben des Druckübersetzers einen Durchmesser von 10 mm und der primäre Teilkolben einen Durchmesser von 35 mm. Aufgrund der Förderung der Vorförderpumpe in Höhe von 120 l/h und der Größe der ersten Wirkfläche 34 ist somit in 300 ms ein maxima­ ler Hub des Druckübersetzerkolbens von 10 mm möglich. Der Hub, um die notwendige Einspritzmenge von 200 mm³ zur Verfügung zu stellen, beträgt 2,5 mm. Die Hubdifferenz zwischen 10 mm und 2,5 mm steht zur Druckerhöhung des im Hochdruckbereich befind­ lichen Kraftstoffs und für sonstige Verluste zur Verfügung.

Das Zurückschieben des Druckübersetzerkolbens in seine Aus­ gangsstellung nimmt bei gängigen Hochdruckpumpen etwa 30 Pum­ penumdrehungen in Anspruch und bedeutet eine vorübergehende Einschränkung der Druckdynamik im Hochdruckbereich. Dies ist jedoch beim Startvorgang kaum wahrnehmbar. Sobald der Druck­ übersetzerkolben seine Ausgangsstellung wieder erreicht hat, ist im Hochdruckbereich wieder die Druckregelung zwischen Startdruck, z. B. 50 bar, und maximalem Druck, z. B. 120 bar, möglich.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellte Radialkolbenpumpe 16 besitzt ein einteiliges Pumpengehäuse 17, in dem eine Axialboh­ rung 54 zur Aufnahme einer Antriebswelle 55 ausgebildet ist. Diese ist zur Kopplung mit der Nockenwelle einer Brennkraftma­ schine vorgesehen. Der Antriebswelle sind drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Fördereinheiten 18 zugeordnet, die in je­ weils einem Zylinderaufnahmeraum 57 des Pumpengehäuses 17 ein­ gebaut sind.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist die Antriebswelle 55 mittels eines Wälzlagers 58 in der Axialbohrung 54 des Pumpengehäuses 17 gelagert. Die Antriebswelle 55 weist einen radial vorsprin­ genden Radialbund 59 auf, der einen Lagerabschnitt 60 der An­ triebswelle 55 von einem einstückig mit der Antriebswelle her­ gestellten Exzenter 61 trennt. Der Exzenter 61 ist um das Ex­ zentrizitätsmaß e gegenüber der Wellendrehachse 62 versetzt. Auf dem Außenumfang trägt der Exzenter 61 eine Gleitbuchse 63, auf der ein Exzenterring 64 gelagert ist. Die Axiallänge des Exzenterrings 64 ist etwas größer als diejenige der Gleitbuchse 63 gewählt, so daß diese in ihrer vollen Länge vom Exzenterring 64 überdeckt ist.

Die in Fig. 3 rechte Stirnfläche des Exzenterrings 64 ist über eine Lochscheibe 65 an einer Radialschulter 66 der Axialbohrung 54 abgestützt. Die Festlegung der Lochscheibe 65 in radialer Richtung erfolgt über eine Ringnut 67, die in der Radialschul­ ter 66 ausgebildet ist und in die die Lochscheibe 65 teilweise eintaucht.

An der anderen Stirnfläche des Exzenterrings 64 befindet sich eine Wellendichteinrichtung mit einem Gleitring 68 und mit ei­ nem Stützring 69, über die der vom Exzenterring 64 und vom be­ nachbarten Umfang der Axialbohrung 54 begrenzte Exzenter- oder Kurbelraum 70 gegenüber dem Wälzlager 58 abgedichtet ist. Der Exzenterring 64 ist desweiteren durch die benachbarte Stirnflä­ che des Radialbundes 59 der Antriebswelle 55 in Axialrichtung beaufschlagt, so daß er in Richtung auf die Lochscheibe 65 ge­ drückt wird. Falls trotz der Wellendichteinrichtung mit dem Gleitring 68 und dem Stützring 69 Leckage vom Kurbelraum 70 zum Wälzlager 58 hin auftritt, so wird diese Leckage über eine in der Wandung der Axialbohrung 54 ausgebildete Umfangsnut 75 und einen damit verbundenen Leckageanschluß 76, der nur schematisch in Fig. 1 dargestellt ist, in den Kraftstofftank 12 zurückge­ leitet.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist der Exzenterring 64 mit drei über seinen Umfang gleichmäßig verteilten Abflachungen 77 ver­ sehen, auf denen jeweils ein Gleitschuh 78 einer Fördereinheit 18 abgestützt ist. Der Exzenterring 64 führt eine Taumelbewe­ gung durch, die neben einer Hubbewegung zu einer seitlichen Versetzung jeder Abflachung 77 bezüglich der Achse jeder För­ dereinheit 18 führt. Jede Fördereinheit 18 besitzt einen Zylin­ der 79 mit einer Zylinderbohrung 80, in die der Gleitschuh 78 eingesetzt ist. Dabei taucht der Gleitschuh 78 mit einem naben­ förmigen Vorsprung in die Zylinderbohrung 80 ein. Durch Vertie­ fungen 81 in der an einer Abflachung 77 anliegenden Fläche ei­ nes Gleitschuhs 78 besteht eine Verbindung vom Kurbelraum 70 zu einer axialen Durchgangsbohrung 82 des Gleitschuhs, an deren in das Innere des jeweiligen Zylinders gerichteten Mündung ein Plattenventil als Saugventil 20 der jeweiligen Fördereinheit 18 angeordnet ist. Bei offenem Saugventil kann Kraftstoff vom Kur­ belraum 70, der über einen Anschlußnippel 83 mit der Vorförder­ leitung 14 zu verbinden ist, in die Zylinderbohrung 80 einströ­ men. Der Zylinder 79 ist über eine Druckfeder 84 in Richtung auf eine Abflachung 77 vorgespannt, wobei die Druckfeder 84 ei­ nerseits an einer Radialschulter des Zylinders 79 und anderer­ seits an einem Schraubenteil 85 abgestützt ist, das eine Auf­ nahmebohrung 57 des Gehäuses 17 für eine Fördereinheit 18 ver­ schließend in das Gehäuse 17 eingeschraubt ist.

In eine mittlere Sackbohrung des Schraubenteils 85 ist der Endabschnitt eines kreiszylindrisch ausgebildeten Kolbens 87 eingepreßt, dessen frei vorragender Abschnitt in die Zylinder­ bohrung 80 eintaucht und der gemeinsam mit dem Zylinder 79 und dem Gleitschuh 78 einen variablen Arbeitsraum einer Förderein­ heit 18 begrenzt. Der Kolben 87 weist eine axial verlaufende Kolbenbohrung 88 auf, in die ein Druckventil 21 eingebaut ist. Ausgangsseitig des Druckventils 21 ist in der Wandung des Kol­ bens 87 eine Radialbohrung 89 ausgebildet, die in eine außen um den Kolben 87 umlaufende Ringnut mündet, zu der hin außerdem eine Schrägbohrung 90 des Schraubenteils 70 hin offen ist. Die Schrägbohrung ihrerseits mündet in einen Ringkanal 91 zwi­ schen dem Schraubenteil 70 und einer Schulter einer Zylinder­ aufnahmebohrung 57. Von dem Ringraum 91 geht eine schräg durch das Gehäuse 17 hindurchverlaufende Bohrung 92 aus, die in einen Ringkanal 93 mündet, der zwischen der Wand einer zentralen, sich in Verlängerung der Axiabohrung 54 im Gehäuse 17 befindli­ chen Bohrung 94 und einem in die Bohrung 94 eingeschraubten Verschlußstopfen 95 ausgebildet ist. Entsprechend den drei vor­ handenen Fördereinheiten 18 gibt es drei Bohrungen 92 im Gehäu­ se 17, die alle drei in den Ringkanal 93 münden. Von diesem führt eine gemeinsame Sammelleitung 96 durch das Gehäuse 17 zum Druckanschluß 22. Alle Kanäle und Bohrungen stromab der Druck­ ventile 21 liegen im Hochdruckbereich.

Zwischen zwei der Fördereinheiten 18, die jeweils in etwa radi­ al vorspringende Dome des Gehäuses 17 eingebaut sind, ist an das Gehäuse 17 ein weiterer Materialvorsprung angeformt, in dem sich eine nach außen offene, kreiszylindrische Ausnehmung 101 befindet, deren Durchmesser auf den Durchmesser des primären Teilkolbens 32 des Druckübersetzerkolbens 31 abgestimmt ist. Nach außen verschlossen ist die Ausnehmung 101 durch einen Dec­ kel 102, der auf das Gehäuse 17 aufgeschraubt ist und der koa­ xial zur Ausnehmung 101 eine zentrale Sackbohrung 103 aufweist, deren Durchmesser auf den Durchmesser des senkundären Teilkol­ bens 33 des Druckübersetzerkolbens 31 abgestimmt ist. In der Ausnehmung 101 und in der Sackbohrung 103 befindet sich der Druckübersetzerkolben 31. Der Freiraum zwischen dem Teilkolben 32 und dem Boden der Ausnehmung 101 bildet den ersten Druckraum 35, der über eine Bohrung 104 mit dem Kurbelraum 70, also mit dem Niederdruckbereich der Pumpe verbunden ist. Der Raum zwi­ schen dem Teilkolben 33 und dem Boden der Sackbohrung 103 ist als zweiter Druckraum 37 zu betrachten. Dieser steht über eine Radialbohrung 105 mit dem im Deckel 102 ausgebildeten Druckan­ schluß 22, also mit dem Hochdruckbereich der Pumpe in Verbin­ dung. Der Ringraum zwischen dem Deckel 102 und dem Primärkolben 32 ist über eine axial im Deckel 102 verlaufende Bohrung 106 mit der Rücklaufleitung 46 (siehe Fig. 1) zu verbinden. Mehre­ re Dichtungssätze sorgen für eine Abdichtung zwischen dem Druckraum 35 und dem eben erwähnten Ringraum, zwischen diesem Ringraum und dem zweiten Druckraum 37 sowie zwischen dem Rin­ graum und der Außenseite des Gehäuses 17 und des Deckels 102. Wie schon bei der Betrachtung der Fig. 1 beschrieben, führt durch den Druckübersetzerkolben 31 eine Bohrung 38 hindurch, in die von der Stirnseite des Teilkolbens 33 das Rückschlagventil 39 eingesetzt ist. Auf der anderen Seite des Druckübersetzer­ kolbens 31 besteht eine Verbindung zwischen dem Kurbelraum 70 und der Bohrung 38 auch dann, wenn der Druckübersetzerkolben 31 am Boden der Ausnehmung 101 abgestützt ist, so daß auch in die­ ser Position des Druckübersetzerkolbens 31 Kraftstoff aus dem Kurbelraum 70 durch die Bohrung 38 hindurch zum Druckanschluß 22 fließen kann.

Die Verrastung des Druckübersetzerkolbens ist in den Fig. 2 und 3 nicht gezeigt. Es ist jedoch leicht eine Übertragung aus Fig. 1 möglich, wobei Gehäuse und/oder Deckel sowie der Teil­ kolben 33 gegenüber der Ausbildung nach den Fig. 2 und 3 in Achsrichtung des Druckübersetzerkolbens zu verlängern wären.

Die Arbeitsweise der Hochdruckpumpe und des Druckübersetzers ist anhand der Fig. 1 schon beschrieben worden und kann auch anhand der Fig. 2 und 3 ohne weiteres nachvollzogen werden, so daß sich weitere Ausführungen zur Funktion des konkreten Ausführungsbeispiels nach den Fig. 2 und 3 erübrigen.

Claims (13)

1. Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe (16), die Kraftstoff aus einem Nieder­ druckbereich (14, 19) ansaugt und in einen mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdruckbereich (22, 23, 96) abgibt, und mit einer durch einen Elektromotor (10) ange­ triebenen Vorförderpumpe (11), die Kraftstoff unter einem Vor­ förderdruck in den Niederdruckbereich (14, 19) einspeist, gekennzeichnet durch einen Druckübersetzer (30) mit einem Druckübersetzerkolben (31), der eine großen Wirkfläche (34), an die ein fluidisch mit dem Niederdruckbereich (14, 19) verbunde­ ner, erster Druckraum (35) angrenzt, und eine kleine Wirkfläche (36) aufweist, an die ein fluidisch mit dem Hochdruckbereich (22, 23, 96) verbundener, zweiter Druckraum (37) angrenzt.

2. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Größenverhältnis von großer Wirkfläche (34) zu kleiner Wirkfläche (36) im Bereich zwischen zehn und fünfzehn liegt.

3. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzer (30) mit der Hochdruck­ pumpe (16) zu einer Baueinheit zusammengefaßt, insbesondere in die Hochdruckpumpe (16) integriert ist.

4. Kraftstoffversorgungssystem nach einem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß in einem zusätzlichen Fluidpfad (38) zwischen dem Niederdruckbereich (14, 19) und dem Hochdruckbereich (22, 23, 96) ein Rückschlagventil (40) ange­ ordnet ist, das vom Niederdruckbereich (14, 16) zum Hochdruck­ bereich (22, 23, 96) hin öffnet und umgekehrt sperrt.

5. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zusätzliche Fluidpfad (38) durch den Druckübersetzerkolben (31) hindurchverläuft und das Rückschlag­ ventil (40) am Druckübersetzerkolben (31) sitzt.

6. Kraftstoffversorgungssystem nach einem vorhergehenden An­ spruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzerkolben (31) in der Ausgangsstellung verrastet ist.

7. Hochdruckpumpe zur Verwendung in einem Kraftstoffver­ sorgungssystem nach einem vorhergehenden Anspruch, die Kraft­ stoff aus einem Niederdruckbereich (14, 19) ansaugt und in ei­ nen mehreren Zylindern einer Brennkraftmaschine gemeinsamen Hochdruckbereich (22, 23, 96) abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß sie und ein Druckübersetzer (30) mit einem Druckübersetzer­ kolben (31), der eine großen Wirkfläche (34), an die ein flui­ disch mit dem Niederdruckbereich (14, 19) verbundener, erster Druckraum (35) angrenzt, und eine kleine Wirkfläche (36) auf­ weist, an die ein fluidisch mit dem Hochdruckbereich (22, 23, 96) verbundener, zweiter Druckraum (37) angrenzt, eine Bauein­ heit bilden.

8. Hochdruckpumpe nach Anspruch 7 und mit einem Gehäuse (17), das vorzugsweise mehrere Fördereinheiten (18) aufnimmt, die Kraftstoff von einem unter einem Vorförderdruck stehenden Nie­ derdruckbereich (19) in einen gemeinsamen Hochdruckbereich (96) fördern, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (17) ein Druckübersetzerkolben (31) mit einer großen Wirkfläche (34), an die ein fluidisch mit dem Niederdruckbereich (19) verbundener, erster Druckraum (35) angrenzt, und mit einer kleinen Wirkflä­ che (36), an die ein fluidisch mit dem Hochdruckbereich (96) verbundener, zweiter Druckraum (37) angrenzt, untergebracht ist.

9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Radialkolbenpumpe (16) mit einer Antriebswelle (55) und mit mehreren bezüglich der Antriebswelle (55) im wesentlich radial und in gleichen Winkelabständen zueinander angeordneten Fördereinheiten (18) ist und daß der Druckübersetzerkolben (31) sich wenigstens annähernd in radialer Richtung erstreckend zwi­ schen zwei Fördereinheiten (18) im Gehäuse (17) untergebracht ist.

10. Hochdruckpumpe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen die Förderkolben (79) der Fördereinheiten (18) antreibenden Exzenter (61) aufnehmender Kurbelraum (30) des Ge­ häuses (17) im Niederdruckbereich liegt und daß der erste Druckraum (35) am Druckübersetzerkolben (31) über einen Durch­ bruch (104) im Gehäuse (17) mit dem Kurbelraum (30) fluidisch verbunden ist.

11. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gehäuse (17) eine nach außen offene Ausneh­ mung (101) aufweist, in der sich der Druckübersetzerkolben (31) befindet und daß die Ausnehmung (101) durch einen Deckel (102) verschlossen ist, der eine Ausnehmung (103) aufweist, in die der Druckübersetzerkolben (31) mit seinem sekundären Teilkolben (33) eintaucht.

12. Hochdruckpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckübersetzerkolben (31) mit seinem primären Teilkol­ ben (32) von der Ausnehmung (101) im Gehäuse (17) unmittelbar aufgenommen ist.

13. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Druckraum (37) am Drucküberset­ zerkolben (31) und der Hochdruckbereich (96) innerhalb des Ge­ häuses (17) fluidisch miteinander verbunden sind.