DE19801355B4

DE19801355B4 - Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE19801355B4
Application number: DE19801355A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kellner; Juergen Dr. Hammer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2018-01-17
Also published as: GB2333327B; DE19801355A1; GB2333327A; GB9900189D0; US6021761A; JPH11280604A

Abstract

Hochdruckpumpe (6) zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Kurbelgehäuse, die einen Förderstrom (10) mit Hochdruck beaufschlagt und zu einer gemeinsamen Verteilerleiste fördert, wobei eine Vorförderpumpe (3) aus einem Tank (1) einen Gesamtkraftstoffstrom (2, 14) ansaugt, von dem der Förderstrom (10) abgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtkraftstoffstrom (2, 14) zur Schmierung durch das Kurbelgehäuse der Hochdruckpumpe (6) geführt wird, wobei in die Hochdruckpumpe (6) eine Zumesseinheit (20) für den Gesamtkraftstoffstrom (14) integriert ist, die dafür sorgt, daß nur ein vorgewählter Förderstrom (10) in der Hochdruckpumpe (6) mit Hochdruck beaufschlagt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in einem Common-Rail-Einspritzsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bis jetzt ist vorgeschlagen worden, die Aufteilung in einen Schmier- und einen Förderstrom vor dem Zulauf der Hochdruckpumpe nach der Vorförderpumpe vorzunehmen. Der Schmierstrom wird dann separat durch das Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe geführt. Der Förderstrom kann je nach Bedarf dosiert und der Hochdruckpumpe zugeführt werden. Die Dosierung der Einspritzmenge kann durch eine drehzahlgeregelte, elektrische Vorförderpumpe erfolgen. Ein anderer Vorschlag sieht eine mechanische Vorförderpumpe vor, deren motordrehzahlabhängiger Förderstrom mittels eines Überströmventils in einen Schmierstrom und einen Förderstrom zu den Hochdruckelementen der Hochdruckpumpe geteilt wird. Die Zumessung an die Elemente der Hochdruckpumpe geschieht dann durch ein magnetgesteuertes Ventil. Dadurch kann die den einzelnen Elementen der Hochdruckpumpe zugeführte Kraftstoffmenge variiert werden. Allerdings sind bei dem bis jetzt vorgeschlagenen System Beschädigungen aufgetreten, deren Ursache auf einen mangelnden Schmierstrom, insbesondere im Startfall bei einer mechanischen Vorförderpumpe, zurückzuführen sind. Darüber hinaus hat sich als nachteilig erwiesen, daß die bis jetzt vorgeschlagenen Lösungen eine Vielzahl von Einzelteilen erfordern, was die Herstellkosten in die Höhe treibt.

Aus der DE 41 26 640 A1 ist eine Radialkolbenpumpe bekannt, bei der eine von einer Vorförderpumpe gelieferte Überschußfluidmenge über das Kurbelgehäuse der Radialkolbenpumpe in den Tank zurückgeführt wird. Bei dieser Radialkolbenpumpe kann es, insbesondere wenn die Fördermenge der Vorförderpumpe ungenügend ist, zu einer nicht ausreichenden Schmierung der Radialkolbenpumpe kommen.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen im Betrieb nach dem Startvorgang auftretende Beschädigungen vermieden werden. Darüber hinaus soll eine Hochdruckpumpe geschaffen werden, die hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt und trotzdem kostengünstig hergestellt werden kann.

Das Problem wird durch die in dem unabhängigen Patentanspruch offenbarte Hochdruckpumpe gelöst. Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Das Problem ist bei einer gattungsgemäßen Hochdruckpumpe dadurch gelöst, daß der Gesamtkraftstoffstrom zur Schmierung durch das Kurbelgehäuse der Hochdruckpumpe geführt wird, wobei in die Hochdruckpumpe eine Zumesseinheit für den Gesamtkraftstoffstrom integriert ist, die dafür sorgt, daß nurein vorgewählter Förderstrom in der Hochdruckpumpe mit Hochdruck beaufschlagt wird. Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe hat den Vorteil, daß im Vergleich mit herkömmlichen Hochdruckpumpen weniger Einzelteile benötigt werden. Dadurch werden Kosten eingespart. Zudem wird die Sicherheit erhöht, weil der Gesamtkraftstoffstrom zur Schmierung und insbesondere zur Kühlung der Hochdruckpumpe verwendet werden kann. Durch die Integration der Zumesseinheit in die Hochdruckpumpe verkürzen sich die beim Ansaugen mit Unterdruck beaufschlagten Kraftstoffzuleitungen, was eine Abnahme von Kavitationseffekten zur Folge hat. Dadurch werden Beschädigungen verhindert. Überdies steht immer der maximal verfügbare Flüssigkeitsstrom aus der Vorförderpumpe zur Kühlung und Schmierung des Hochdruckpumpenantriebs zur Verfügung.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Zumesseinheit ein Stromregelventil umfaßt. Diese Lösung schafft ein einfaches Regelkonzept, das mit nur einem Mengensteller für die gesamte Hochdruckpumpe auskommt, die wiederum mehrere Elemente, wie Kolben, enthalten kann. Dadurch werden das Entwicklungsrisiko, der Erprobungsaufwand und die Kosten gering gehalten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelventil elektromagnetisch steuerbar ist. Die elektromagnetische Steuerung ermöglicht die Verwendung von einer herkömmlichen, ungeregelten Vorförderpumpe mit der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe. Die Zumessung kann beispielsweise durch eine integrierte Druckwaage erfolgen. Mit dem elektromagnetisch gesteuerten Stromregelventil kann der mit Hochdruck zu beaufschlagende Kraftstoffstrom je nach Bedarf reguliert werden. Dadurch wird der Wirkungsgrad der mit Kraftstoff zu versorgenden Brennkraftmaschine erhöht. Zudem wird eine unnötige Erwärmung des Kraftstoffs vermieden, weil kein überschüssiger Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt wird. Wenn eine geregelte Vorförderpumpe eingesetzt wird, kann ein Stromregelventil zur Trennung des Schmier- und Förderstroms ohne elektromagnetische Steuerung verwendet werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung stromabwärts des Stromregelventils ein Einlaßventil angeordnet ist, das beim Verdichtungshub als Rückschlagventil wirkt. Das Einlaßventil sorgt einerseits dafür, daß in den Elementen der Hochdruckpumpe ein Hochdruck aufgebaut werden kann, und andererseits dafür, daß der Kraftstoff erst dann in die Elemente der Hochdruckpumpe gelangt, wenn eine bestimmte Druckdifferenz zwischen dem Zulauf des Einlaßventils und dem Druck im Hochdruckelement selbst erreicht wird. Der Einsatz von Rückschlagventilen in Hochdruckpumpen ist bekannt. Das liefert den Vorteil, daß die vorliegende Erfindung mit bekannten Mitteln verwirklicht werden kann. Dadurch werden Kosten eingespart. Im Schadensfall, z.B. einer Leckage im Niederdruckförderkreis, gewährleistet die erfindungsgemäße Stromführung und Anordnung des Stromregelventils, daß die gesamte noch geförderte Menge zunächst zur Kühlung und Schmierung des Hochdruckpumpenantriebs benutzt wird. Wenn der Druck nicht mehr zu einer kontinuierlichen Zumessung ausreicht, führt dies dazu, daß auf unzulässige Regelabweichung im Raildruck erkannt und der Motor abgestellt wird. Während der Auslaufphase bis zum Stillstand der Maschine dreht sich die Hochdruckpumpe ebenfalls weiter und wird durch die Stromführung stets mit der noch maximal verfügbaren Schmiermenge versorgt. Diese Sicherheitsfunktion wird ohne weitere Ventile ermöglicht.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einen Rücklauf aufweist, der mit einem Rückschlagventil ausgestattet ist. Der Rücklauf kann beispielsweise mit dem Tank verbunden sein. Somit ist gewährleistet, daß überschüssiger Kraftstoff nicht unnötig mit Hochdruck beaufschlagt wird, sondern direkt in den Tank zurückfließen kann.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorförderpumpe in die Hochdruckpumpe integriert ist. Dadurch wird die Anzahl der Einzelteile verringert. Zudem werden die Leitungswege verkürzt. Bei der Zumessung des Kraftstoffs durch das elektromagnetisch steuerbare Stromregelventil kann eine herkömmliche, mechanische Vorförderpumpe in die Hochdruckpumpe integriert werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe eine Antriebswelle umfaßt, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, wobei vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle radial angeordnete Kolben durch Drehen der Antriebswelle in einem jeweiligen Zylinderraum hin- und herbewegbar sind. Die Zumesseinheit sorgt dafür, daß nur ein vorgewählter Förderstrom in den jeweiligen Zylinderraum gelangt und durch den zugehörigen Kolben mit Hochdruck beaufschlagt wird.

Die vorliegende Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß sie einfach und kostengünstig realisiert werden kann. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann zudem in einfacher Art und Weise auf herkömmliche Hochdruckpumpen angewendet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ein Weg zum Ausführen der beanspruchten Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung im Einzelnen erläutert.

Figur, zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems.

Bei dem dargestellten Kraftstoffeinspritzsystem handelt es sich insbesondere um ein Common-Rail-Einspritzsystem zur Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren. Dabei bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung" oder "gemeinsame Schiene". Im Gegensatz zu herkömmlichen Hochdruckeinspritzsystemen, in denen der Kraftstoff über getrennte Leitungen zu den einzelnen Brennräumen gefördert wird, werden die Einspritzdüsen in Common-Rail-Einspritzsystemen aus einer gemeinsamen Leitung gespeist, die auch als gemeinsame Verteilerleiste bezeichnet wird.

Nach heutigem Wissensstand erfordern künftige Hochdruckpumpen für Common-Rail-Dieseleinspritzsysteme eine Zumesseinheit, mit der bedarfsabhängig die Fördermenge der Hochdruckpumpe geregelt werden kann. Die Zumesseinheit dient dabei als Stellglied im Regelkreis des Raildrucks.

Das in der Figur gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem umfaßt einen Niederdruckkreislauf N, der durch eine gestricheltes Rechteck eingefaßt ist. In einem Tank 1 befindet sich Dieselkraftstoff. Über eine Kraftstoffleitung 2 ist der Tank 1 mit einer Vorförderpumpe 3 verbunden. Die Vorförderpumpe 3 saugt Kraftstoff aus dem Tank 1 an und speist damit eine Hochdruckpumpe 6. Zwischen der Vorförderpumpe 3 und der Hochdruckpumpe 6 ist ein Kraftstoffilter 4 angeordnet.

Die symbolisch dargestellte Hochdruckpumpe 6 umfaßt eine Antriebswelle 7, die einen Kolben 8 antreibt. Der Kolben 8 ist in einem Zylinderraum 9 hin- und herbewegbar. Durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 8 wird ein Förderstrom 10 in den Zylinderraum 9 angesaugt. Im sogenannten Saughub bewegt sich der Kolben 8 zur Antriebswelle 7 hin. Im anschließenden Förderhub bewegt sich der Kolben 8 weg von der Antriebswelle 7. Im Förderhub wird der im Zylinderraum 9 befindliche Kraftstoff verdichtet und über eine Leitung 11, in der ein Rückschlagventil 12 angeordnet ist, zu einer nicht dargestellten gemeinsamen Verteilerleiste gefördert.

Bei der Hochdruckpumpe kann es sich beispielsweise um eine Radialkolbenpumpe handeln, die mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle ausgestattet ist. Die Antriebswelle kann exzentrisch ausgebildet sein oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweisen. Die Radialkolbenpumpe ist vorzugsweise mit mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben ausgestattet, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind.

Der mit Niederdruck beaufschlagte gesamte von der Vorförderpumpe gelieferte Kraftstoffstrom 14 wird, wie in dem Schema angedeutet ist, durch das Kurbelgehäuse der Hochdruckpumpe 6 geleitet, um die beweglichen Teile der Hochdruckpumpe zu schmieren. Darüber hinaus dient der Gesamtkraftstoffstrom 14 zur Kühlung.

Der Gesamtkraftstoffstrom 14 wird dann, wie in der Figur gezeigt ist, in einen Förderstrom 10 und einen Rücklaufstrom 15 aufgeteilt. In dem Rücklauf, der ebenfalls mit 15 bezeichnet wird, ist ein Rückschlagventil 18 angeordnet. Das Rückschlagventil 18 sorgt dafür, daß überschüssiger Kraftstoff, der z.B. von einer ungeregelten Vorförderpumpe 3 geliefert wird, in den Tank 1 zurückströmen kann, sobald ein bestimmter Mindestdruck überschritten wird.

Der zu dem Zylinderraum 9 geförderte Förderstrom 10 wird durch eine Zumesseinheit 20 geregelt. Die Zumesseinheit 20 umfaßt ein magnetgesteuertes Stromregelventil mit integrierter Druckwaage. Das magnetgesteuerte Stromregelventil hat die Aufgabe, entsprechend der Bestromung des Proportionalmagneten und des internen Stromreglers (Druckwaage) den bedarfsabhängigen Förderstrom zuzumessen. Die Zumesseinheit 20 ist vorteilhaft in das Pumpengehäuse oder in den Rücklauf der Hochdruckpumpe 6 integriert. Zwischen der Zumesseinheit 20 und dem Zylinderraum 9 ist ein Einlaßventil 13 angeordnet, das beim Verdichtungshub als Rückschlagventil wirkt. Das Einlaßventil 13 sorgt dafür, daß der Förderstrom 10 erst dann in den Zylinderraum 9 gelangt, wenn eine bestimmte Druckdifferenz überschritten wird. Überdies ermöglicht es durch seine Funktion als Rückschlagventil den Druckaufbau in den Hochdruckpumpenelementen.

Das Prinzip der vorliegenden Erfindung kommt auch zum Tragen, wenn als Zumesseinheit eine geregelte Vorförderpumpe verwendet wird. Eine derartige Vorförderpumpe liefert bedarfsabhängig den erforderlichen Förderstrom sowie einen konstanten Schmier- und Kühlstrom. Die anschließende Aufteilung des Gesamtstroms in den Förderstrom und den Rücklaufstrom erfolgt über ein Stromregelventil, das genauso aufgebaut ist wie das vorab beschriebene Stromregelventil, nur über keine magnetische Steuerung verfügt. Allerdings ermöglicht der Durchfluß über die Druckwaage den konstanten Schmierstrom, während der Reststrom zu den Elementen der Hochdruckpumpe gelangt und dort auf Hochdruck verdichtet wird.

Vorteilhaft ist die Vorförderpumpe 3 in die Hochdruckpumpe 6 integriert. Dadurch werden die beim Ansaughub mit Unterdruck beaufschlagten Volumina klein, was zu einem verminderten Auftreten von Kavitation führt. Infolgedessen werden Beschädigungen im Betrieb der Hochdruckpumpe vermieden.

Claims

Hochdruckpumpe (6) zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einem Kurbelgehäuse, die einen Förderstrom (10) mit Hochdruck beaufschlagt und zu einer gemeinsamen Verteilerleiste fördert, wobei eine Vorförderpumpe (3) aus einem Tank (1) einen Gesamtkraftstoffstrom (2, 14) ansaugt, von dem der Förderstrom (10) abgeteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtkraftstoffstrom (2, 14) zur Schmierung durch das Kurbelgehäuse der Hochdruckpumpe (6) geführt wird, wobei in die Hochdruckpumpe (6) eine Zumesseinheit (20) für den Gesamtkraftstoffstrom (14) integriert ist, die dafür sorgt, daß nur ein vorgewählter Förderstrom (10) in der Hochdruckpumpe (6) mit Hochdruck beaufschlagt wird.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumesseinheit (20) ein Stromregelventil umfaßt.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromregelventil (20) elektromagnetisch steuerbar ist.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Förderrichtung nach dem Stromregelventil (20) ein Einlaßventil (13) angeordnet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einen Rücklauf (15) aufweist, der mit einem Rückschlagventil (18) ausgestattet ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorförderpumpe (3) in die Hochdruckpumpe (6) integriert ist.
Hochdruckpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckpumpe (6) eine Antriebswelle (7) umfaßt, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, wobei vorzugsweise mehrere bezüglich der Antriebswelle (7) radial angeordnete Kolben (8) durch Drehen der Antriebswelle (7) in einem jeweiligen Zylinderraum (8) hin- und herbewegbar sind.