DE19814477A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung - Google Patents
Radialkolbenpumpe zur KraftstoffhochdruckversorgungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen,
insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit
einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die
exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung mehrere
nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise
mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem
jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die bei
Umdrehen der Antriebswelle in dem Zylinderraum in radialer
Richtung hin- und herbewegbar sind und deren von der
Antriebswelle abgewandte Stirnseiten einen jeweiligen Saug- bzw.
Verdichterraum begrenzen, und mit Rückschlagventilen
auf der Ansaugseite und der Hochdruckseite.
Eine derartige Radialkolbenpumpe wird von der Anmelderin
unter der Handelsbezeichnung CP1 vertrieben. Bei einer
derartigen vorbekannten Pumpe werden die Montagekräfte über
mehrere Komponenten, die sich gegeneinander abstützen
eingeleitet. Zur Abdichtung sind eine Anzahl von
elastomeren Dichtungselementen verwendet.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die
Aufgabe zugrunde, eine bis 2000 bar hochdruckdichte
Radialkolbenpumpe zu schaffen, mit einem geringen Totraum
und dementsprechend hohem Wirkungsgrad, bei der die
hochdruckbeaufschlagten Bauteile und deren Dichtstellen
voneinander entkoppelt und statisch exakt definiert sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für
jeden Kolben ein den jeweiligen Zylinderraum bildendes
metallisches Einsatzteil innerhalb des Gehäuses und radial
zur Antriebswelle vorgesehen ist, das mit der Ansaugseite
und mit der Hochdruckseite kommuniziert, und daß das
jeweilige Einsatzteil in Richtung der Antriebswelle
zwischen zwei flanschförmigen metallischen Gehäuseteilen
mit senkrecht zur Antriebswelle verlaufenden Anlageflächen
an diese anliegt und daß das jeweilige Einsatzteil eine
Kraftstoffzuführöffnung und eine Kraftstoffabführöffnung
aufweist, die im Bereich der Anlageflächen münden und mit
einer weiteren Zuführ- bzw. Abführöffnung in den
Gehäuseteilen fluchten, und daß die flanschförmigen
Gehäuseteile unter Zwischenordnung der Einsatzteile derart
gegeneinander angezogen sind, daß die Anlagenflächen des
jeweiligen Einsatzteils und der Gehäuseteile ohne
Zwischenordnung von Dichtungselementen eine
Hochdruckabdichtung bewirken.
Während bei vorbekannten Radialkolbenpumpen auch die
Hochdruckabdichtung über elastomere mehr oder weniger
verformende Dichtungselemente erreicht wurde und die
Montage der die Hochdruckseite begrenzenden Komponenten -
wie eingangs erwähnt - einen Kraftfluß über mehrere
Komponenten umfaßte, was zu einer statischen
Unbestimmtheit führte, wird mit der Erfindung
vorgeschlagen, die Abdichtung über senkrecht zur
Antriebswelle verlaufende metallische Dichtflächen des
Einsatzteils und der flanschförmigen Gehäuseteile zu
erreichen. Hierfür erfolgt die Kraftstoffzufuhr und die
Kraftstoffabfuhr während des Förderhubs der Pumpenkolben
über Kraftstoffzuführöffnungen und
Kraftstoffabführöffnungen, welche einerseits im Ansaug- oder
Verdichtungsraum und andererseits in den
beiderseitigen Dichtflächen münden. Das Einsatzteil liegt
nun statisch genau bestimmt ohne Zwischenordnung
irgendwelcher Dichtungselemente an die beiden
flanschförmigen Gehäuseteile an. Beim Anziehen der
Gehäuseteile gegeneinander erfolgt eine sogenannte harte
Abdichtung durch die metallischen Anlageflächen von
Einsatzteil und den beiderseitigen flanschförmigen
Gehäuseteilen.
Vorzugsweise sind alle mit Hochdruck beaufschlagten
Dichtstellen von gegeneinander festgezogenen metallischen
Bauteilen ohne Zwischenordnung zusätzlicher
Dichtungselemente, also von sogenannten harten
Abdichtungen, gebildet.
Die gegeneinander dichtend anliegenden metallischen
Bauteile weisen vorzugsweise geläppte Anlageflächen auf.
Durch den Vorgang des Läppens wird unter Einhaltung der
Maßgenauigkeit eine erwünschte Oberflächenrauhigkeit
erzeugt.
Es hat sich in herstellungstechnischer Hinsicht als
besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das jeweilige
Einsatzteil über parallel zur Antriebswelle verlaufende
Stifte gegenüber den Gehäuseteilen positioniert ist.
Wenn das ansaugseitige und das hochdruckseitige
Rückschlagventil außerhalb des Einsatzteils in dem
jeweiligen Gehäuseteil integriert ist und die Abstromseite
des hochdruckseitigen Rückschlagventils bis zu einem
Hochdruckstutzen ganz innerhalb des Gehäuseteils verläuft,
so ist die Hochdruckseite durch die harte (einzige)
Abdichtung zwischen Einsatzteil und Gehäuseteil sicher
abgedichtet.
Der vorstehend erwähnte Hochdruckstutzen ist vorzugsweise
mit einer Stirnseite unter Ausbildung einer direkten
metallischen Abdichtungen gegen eine Stufe des Gehäuseteils
angezogen. Die metallische Abdichtung ist
vorteilhafterweise so ausgeführt, daß die gegeneinander
anliegenden Dichtflächen der metallischen Bauteile eine
kantige oder sickenförmige Erhebung aufweisen, die beim
Anziehen der Bauteile gegeneinander zu einer dichtenden
plastischen Verformung entlang der Erhebung führt. Man
spricht in diesem Fall von einer sogenannten
Beißkantenabdichtung. Im Falle des Hochdruckstutzens ist
diese Beißkante vorzugsweise an der Stirnseite umlaufend
vorgesehen.
Das in radialer Richtung zur Antriebswelle erstreckte
Einsatzteil könnte zur Bildung des Zylinderraums eine
Sacklochbohrung aufweisen. Um die Wandung des Zylinderraums
aber in geeigneter Weise bearbeiten, beispielsweise läppen,
zu können, erweist es sich als vorteilhaft, wenn das
Einsatzteil eine den Zylinderraum bildende zur
Antriebswelle radial verlaufende Durchgangsöffnung
aufweist, die radial außen von einem metallischen
Verschlußelement, das in die Durchgangsöffnung
eingeschraubt ist, verschlossen ist.
Das metallische Verschlußelement ist zur Ausbildung einer
Hochdruckabdichtung mit seiner Stirnseite gegen eine axiale
Stufe in der Durchgangsöffnung derart angezogen, daß eine
Hochdruckabdichtung bewirkt wird. Hierfür kann die
Stirnseite des Verschlußelements eine umlaufende Beißkante
aufweisen, die beim Festziehen des Verschlußelements eine
dichtende plastische Verformung mit der axialen
Stufenfläche bildet.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung
ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung und
nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe. In
der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen
Radialkolbenpumpe;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Ebene A-A in Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt mit abgestufter Schnittebene B-B
in Fig. 2; und
Fig. 4 eine Einzeldarstellung des den Zylinderraum
bildenden Einsatzteils der Radialkolbenpumpe.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Radialkolbenpumpe zur
Kraftstoffhochdruckversorgung bei
Kraftstoffeinspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Systemen,
von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolbenpumpe
ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung
konzipiert. Als Regelkonzept wird das Prinzip der
Saugdrosselregelung verfolgt. Die Kraftstoffzufuhr und -dimen
sionierung erfolgt über eine nicht dargestellte
Zumesseinheit.
Die Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem insgesamt mit
dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Pumpengehäuse gelagerte
Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten
Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6
ist eine Ablaufbuchse 8 vorgesehen, gegenüber der der
Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Gegen die äußere
Mantelfläche der Ablaufbuchse 8 stützen sich drei jeweils
um 120° zueinander versetzt in radialer Richtung
angeordnete Kolben 10 ab. Die Kolben 10 umfassen einen in
einem Zylinderraum 12 geführten Stößel 14, an dessen der
Antriebswelle 4 zugewandten Ende ein tellerförmiger
Anlageabschnitt 16 ausgebildet ist, mit dem der jeweilige
Kolben 10 gegen die äußere Mantelfläche der Ablaufbuchse 8
unter Vorspannung einer Feder 18 abgestützt ist. Der
Zylinderraum 12 eines jeweiligen Stößels 14 der
Pumpenkolben 10 ist von einer radial zur Antriebswelle 4
verlaufenden Durchgangsöffnung 20 in einem Einsatzteil 22
gebildet (Fig. 4). Das Einsatzteil 22 ist im wesentlichen
blockförmig mit wenigstens zwei parallel zueinander
verlaufenden ebenen Seitenflächen 24 und 26 ausgebildet.
Das Einsatzelement 22 ist mit seiner den Zylinderraum 12
bildenden Durchgangsöffnung 20 entsprechend der Lage der
Pumpenkolben 10 radial zur Antriebswelle 4 angeordnet. Die
Durchgangsöffnung 20 ist abgestuft ausgebildet und weist
einen durchmessergrößeren erweiterten Endabschnitt 28 auf
der von der Antriebswelle 4 abgewandten Seite auf. In
diesen Endabschnitt 28 ist ein als Schraube ausgebildetes
Verschlußelement 30 eingeschraubt, um den Zylinderraum 12
auf noch näher zu beschreibende Weise nach außen
abzudichten. In dem Einsatzelement 22 sind des weiteren eine
Kraftstoffzuführöffnung 32 und eine Kraftstoffabführöffnung
34 vorgesehen, welche sich vom Zylinderraum 12 aus in
radial er Richtung nach außen erstrecken und in den zuvor
erwähnten zueinander parallelen Seitenflächen 24, 26
münden. Das Verschlußelement 30 und die von der
Antriebswelle 4 abgewandte Stirnfläche 36 des Pumpenkolbens
10 begrenzen innerhalb des Zylinderraums 12 einen Saug- bzw.
Verdichterraum 38, welcher über die Zuführöffnung 32
und die Abführöffnung 34 mit einer durch die Bezugszeichen
40 bzw. 42 angedeuteten Ansaugseite bzw. Hochdruckseite
kommunizieren, wobei auf der Ansaugseite wie auf der
Hochdruckseite ein Rückschlagventil 44 bzw. 46 vorgesehen
ist.
Das Einsatzteil 22 ist, wie im Einzelnen aus den Fig. 1
und 3 zu ersehen ist, in Richtung der Antriebswelle 4
zwischen zwei flanschförmigen metallischen Gehäuseteilen
48, 50 angeordnet. Die Gehäuseteile 48, 50 weisen ebenfalls
plane Anlageflächen 52, 54 auf, die gegen die parallel
zueinander verlaufenden Seitenflächen 24, 26 des
Einsatzteils 22 unter Ausbildung einer sogenannten harten
Abdichtung anliegen. Die ebenen Anlageflächen 52, 54 der
flanschförmigen Gehäuseteile 48, 50 verlaufen in einer
Ebene, ohne daß ein umlaufender Rand oder ein sonstiger
Vorsprung über die jeweilige Anlagefläche 52, 54 vorsteht.
Die Oberfläche dieser Gehäuseteile 48, 50 läßt sich daher
sehr gut bearbeiten; sie werden vorzugsweise geläppt, um
eine geeignete Oberflächenbeschaffenheit auszubilden
(Rautiefe von . . .). Die flanschförmigen Gehäuseteile 48, 50
werden mittels Schrauben 56 (Fig. 2, 3) unter
Zwischenordnung des Einsatzteils 22 derart gegeneinander
angezogen, daß die Anlageflächen 52, 54 und 24, 26 von
Gehäuseteilen und Einsatzteil derart flächenhaft aneinander
anliegend gegeneinander gepreßt werden, daß eine
Hochdruckabdichtung bewirkt wird. Die in der Anlagefläche
24 bzw. 26 mündende Kraftstoffzuführöffnung 32 bzw. -ab
führöffnung 34 fluchtet mit einem weiteren
Kraftstoffzuführkanal 58 in dem flanschförmigen Gehäuseteil
48 bzw. mit einem Hochdruckkanal 60 in dem anderen
flanschförmigen Gehäuseteil 50. Durch die flächenhafte
Anlage des Einsatzteils 22 mit den Gehäuseteilen 48, 50 ist
die Kraftstoffzuführung und die Kraftstoffabführung wirksam
abgedichtet, ohne daß irgendwelche zusätzlichen
Dichtungselemente verwendet werden müßten, welche eine
statisch exakte Definition der gegeneinander montierten
Bauteile in Frage stellen würden. Um das Einsatzteil 22 in
exakte Montageposition bezüglich der flanschförmigen
Gehäuseteile bringen zu können, werden jeweils zwei
parallel zu den Schrauben 56 erstreckte Positionierstifte
57 verwendet, die sich parallel zur Antriebswelle 4
verlaufend durch genau bemessene Durchgangsbohrungen durch
das Einsatzteil 22 hindurcherstrecken und in
Sacklochbohrungen 59 in dem flanschförmigen Gehäuseteil 48
bzw. 50 eintauchen. Das vorausgehend bereits erwähnte
Rückschlagventil 42 auf der Niederdruckseite bzw. 44 auf
der Hochdruckseite ist in einem erweiterten Abschnitt des
Kraftstoffzuführkanals 58 bzw. des Kraftstoffabführkanals
60 außerhalb des Einsatzteils 22 untergebracht.
Zur Abdichtung des Zylinderraums 12 durch das in den
durchmessererweiteren. Abschnitt 28 der Durchgangsöffnung 20
eingeschraubte Verschlußelement 30 weist dieses an seiner
kolbenzugewandten Stirnseite 62 eine kreisförmig umlaufende
Beißkante 64 auf. Unter dieser Beißkante 64 soll eine
umlaufende sickenförmige Erhebung verstanden werden, die
vorzugsweise eine Kante bildet, welche gegen eine axiale
Stufe 66 zwischen dem durchmessererweiterten Abschnitt 28
und dem Zylinderraum 12 ausgebildet ist. Durch Anziehen des
Verschlußelements 30 kommt es zu einer
hochdruckabdichtenden plastischen Verformung der Beißkante
64 und der axialen Stufe 66.
Der die Hochdruckseite 42 bildende Kraftstoffabführkanal 60
verläuft ganz innerhalb des flanschförmigen Gehäuseteils
50. Die Hochdruckseite 42 ist also durch die vorstehend
erläuterte harte Abdichtung zwischen dem Einsatzteil 22 und
den flanschförmigen Gehäuseteilen 48, 50 umfassend
abgedichtet; sie wird lediglich durch einen
Hochdruckstutzen 68 und ein Überdruckventil 70, die beide
gegenüber dem flanschförmigen Gehäuseteil 50 statisch exakt
definiert sind, ergänzt. Der Hochdruckstutzen 68 weist eine
der Beißkante 64. des Verschlußelements 30 entsprechende
Beißkante 70 auf, die gegen einen kreisförmig umlaufenden
Absatz 72 dichtend festgezogen ist.
Beim Betrieb der Radialkolbenpumpe wird bei weiterer
Umdrehung der Antriebswelle 6, ausgehend von der Position
der Fig. 1 und 2, um 180° der Pumpenkolben unter der
Vorspannung der Feder 18 aus dem Zylinderraum 12
herausbewegt. Der Druck im Ansaug- bzw. Verdrängerraum 38
sinkt. Nach Unterschreiten eines vorbestimmten
Öffnungsdrucks schließt das hochdruckseitige
Rückschlagventil 46, und unter der Wirkung des auf der
Ansaugseite 40 stehenden Vordrucks öffnet das ansaugseitige
Rückschlagventil 44, so daß Kraftstoff in den Ansaug- bzw.
Verdichterraum 38 während dieses Ansaughubs des Kolbens 10
angesaugt wird. Bei weiterer Umdrehung der Antriebswelle 4
wird der Kolben von dem exzentrischen Wellenabschnitt 6
bzw. der Ablaufbuchse 8 wieder in den Zylinderraum 12
hineinbewegt. Das ansaugseitige Rückschlagventil 44
schließt und nach Überschreiten des Öffnungsdrucks wird das
hochdruckseitige Rückschlagventil 46 geöffnet, und der auf
Hochdruck verdichtete Kraftstoff wird zu einem Motorkolben
oder einem Hochdruckspeicherraum eines Common-Rail-Systems
via Hochdruckkanal 60 und Hochdruckstutzen 68 gefördert.
Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe ist hochdruckdicht
gegen 2000 bar; die Rückschlagventile 44 und 46 sind
örtlich nahe beim Ansaug- bzw. Verdichterraum 38, so daß
der Totraum sehr gering und der Wirkungsgrad der Pumpe
dementsprechend hoch ist. Durch die statisch genau
definierte Anlage des Einsatzteils 22 an die
flanschförmigen Gehäuseteile 48, 50 sind alle Dichtstellen
auf der Hochdruckseite durch die vorausgehend definierte
harte Abdichtung gebildet. Die Dichtkräfte werden also
definiert eingeleitet und abgestützt.
Das niederdruckseitige flanschförmige Gehäuseteil 48 und
das Einsatzteil 22 sind von einer aus Aluminium bestehenden
Gehäuseschale überfangen, die eine umlaufende
Zylinderwandung 74 aufweist, deren dem Gehäuseteil 50
zugewandte Stirnseite 76 über ein elastomeres Dichtelement
an das Gehäuseteil 50 unter Ausbildung einer
Niederdruckabdichtung anliegt.
Claims (11)
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung
bei Kraftstoffeinspritzsystemen von
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Ein
spritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse
(2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch
ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung mehrere
nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise
mehreren bezüglich der Antriebswelle (4) radial in
einem jeweiligen Zylinderraum (12) angeordneten Kolben
(10), die bei Umdrehen der Antriebswelle (4) in dem
Zylinderraum in radialer Richtung hin- und her
bewegbar sind und deren von der Antriebswelle (4)
abgewandte Stirnseiten (36) einen jeweiligen Saug- bzw.
Verdichterraum (38) begrenzen, und mit
Rückschlagventilen (44, 46) auf der Ansaugseite (40)
und der Hochdruckseite (42), dadurch gekennzeichnet,
daß für jeden Kolben (10) ein den jeweiligen
Zylinderraum (12) bildendes metallisches Einsatzteil
(22) innerhalb des Gehäuses (2) und radial zur
Antriebswelle (4) vorgesehen ist, das mit der
Ansaugseite (40) und mit der Hochdruckseite (42)
kommuniziert, und daß das jeweilige Einsatzteil (22)
in Richtung der Antriebswelle (4) zwischen zwei
flanschförmigen metallischen Gehäuseteilen (48, 50)
mit senkrecht zur Antriebswelle verlaufenden
Anlageflächen (24, 26; 52, 54) an diese anliegt, und
daß das jeweilige Einsatzteil (22) eine
Kraftstoffzuführöffnung (32) und eine
Kraftstoffabführöffnung (34) aufweist, die im Bereich
der Anlageflächen (24, 26) münden und mit einer
weiteren Zuführ- bzw. Abführöffnung (58, 60) in den
Gehäuseteilen (48, 50) fluchten, und daß die
flanschförmigen Gehäuseteile (48, 50) unter
Zwischenordnung der Einsatzteile (22) derart
gegeneinander angezogen sind, daß die Anlageflächen
(24, 26; 52, 54)) des jeweiligen Einsatzteils (22) und
der Gehäuseteile (48, 50) ohne Zwischenordnung von
Dichtungselementen eine Hochdruckabdichtung bewirken.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß alle mit Hochdruck beaufschlagten
Dichtstellen von gegeneinander angezogenen
metallischen Bauteilen (48, 50, 22; 30, 66; 68, 72)
ohne Zwischenordnung zusätzlicher Dichtungselemente
gebildet sind.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die gegeneinander dichtend
anliegenden metallischen Bauteile (48, 50, 22)
geläppte Anlageflächen (24, 26, 52, 54) aufweisen.
4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das jeweilige Einsatzteil (22)
über parallel zur Antriebswelle (4) verlaufende Stifte
(57) gegenüber den Gehäuseteilen (48, 50) positioniert
ist.
5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
ansaugseitige und das hochdruckseitige
Rückschlagventil (44, 46) in dem jeweiligen
Gehäuseteil (48, 50) integriert ist und daß die
Abstromseite des hochdruckseitigen Rückschlagventils
(46) bis zu einem Hochdruckstutzen (68) ganz innerhalb
des Gehäuseteils (50) verläuft.
6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hochdruckstutzen (68) mit
einer Stirnseite unter Ausbildung einer direkten
metallischen Abdichtung gegen eine Stufe (72)
angezogen ist.
7. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer der
gegeneinander anliegenden Dichtflächen (62, 66) der
metallischen Bauteile (30, 22; 68, 50) eine kantige
oder sickenförmige Erhebung (64, 70) ausgebildet ist,
die beim Anziehen der Bauteile gegeneinander zu einer
dichtenden plastischen Verformung entlang der Erhebung
führt.
8. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Hochdruckstutzen (68) an
seiner Stirnseite eine umlaufende Beißkante (70)
aufweist.
9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das
Einsatzteil (22) eine den Zylinderraum (12) bildende
zur Antriebswelle (4) radial verlaufende
Durchgangsöffnung (20) aufweist, die radial außen von
einem metallischen Verschlußelement (30), das in die
Durchgangsöffnung eingeschraubt ist, verschlossen ist.
10. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das metallische Verschlußelement
(30) mit seiner Stirnseite (62) gegen eine axiale
Stufe (66) in der Durchgangsöffnung (20) derart
angezogen ist, daß eine Hochdruckabdichtung bewirkt
wird.
11. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß an der Stirnseite (62) des
Verschlußelements (30) eine umlaufende Beißkante (64)
ausgebildet ist.
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