DE19814506A1

DE19814506A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung

Info

Publication number: DE19814506A1
Application number: DE19814506A
Authority: DE
Inventors: Kasim-Melih Hamutcu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 1999-10-14
Also published as: JP4288000B2; EP1068448A1; WO1999050555A1; DE59906437D1; JP2002510015A; US6350107B1; EP1068448B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem. An radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben ist jeweils eine Platte (14) angebracht. DOLLAR A Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß die herkömmlich verwendeten Platten (14) im Betrieb insbesondere in der Mitte häufig beschädigt werden. Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, Beschädigungen der Platte zu verhindern. DOLLAR A Das Problem ist dadurch gelöst, daß die Platte (14) in der Mitte (25, 26) so ausgebildet ist, daß die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert werden. Durch das Verringern der Spannungen in der Plattenmitte (25, 26) wird die Lebensdauer der Platte (14) vorteilhaft verlängert. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine einwandfreie Funktion der Platte (14) gewährleistet.

Description

Stand der Technik

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 nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden jeweils eine Platte angebracht ist, wobei die Kolben durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind.

Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe hat die jeweils an den Enden der Kolben angebrachte Platte Kontakt mit der Antriebswelle. Die Kolben werden durch die Exzentrizität der Antriebswelle oder durch nockenartige Erhebungen auf der Antriebswelle nacheinander in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Dabei werden von der sich drehenden Antriebswelle auf die Kolben in Abhängigkeit von den in die Zylinderräume angesaugten Kraftstoffmengen relativ große Kräfte aufgebracht, um den Kraftstoff mit Druck zu beaufschlagen. Beim Ansaugen von Kraftstoff werden die Kolben mit der Platte in der Regel jeweils durch eine Feder gegen die Antriebswelle gedrückt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß die herkömmlich verwendeten Platten im Betrieb, insbesondere in der Mitte, häufig beschädigt werden. Diese Verschleißerscheinungen können zum Bruch der Platte führen und sind deshalb unerwünscht. Die Funktion der Radialkolbenpumpe ist mit einer beschädigten Platte nicht mehr gewährleistet. Ein Austauschen einer beschädigten Platte ist zeitaufwendig, weil die Radialkolbenpumpe zerlegt und die Antriebswelle ausgebaut werden muß, um an die beschädigte Platte heranzukommen.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere sollen Beschädigungen der Platte verhindert werden. Die Platte soll im Betrieb verschleißfrei arbeiten und zwar auch bei hohen Drücken. Dabei soll ein einwandfreier Betrieb der Radialkolbenpumpe auch bei Teilbefüllung der Zylinderräume gewährleistet sein. Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe soll einen Pumpendruck von bis zu 2000 bar aushalten.

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

Das Problem ist bei einer 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 nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, an deren zur Antriebswelle gewandten Enden jeweils eine Platte angebracht ist, wobei die Kolben durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind, dadurch gelöst, daß die Platte in der Mitte so ausgebildet ist, daß die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert werden. Bei Untersuchen unter Zuhilfenahme der Finite-Elemente- Methode hat sich herausgestellt, daß in der Mitte der Platte im Betrieb die größten Spannungen auftreten. Die Beschädigungen der Platte im Betrieb werden auf diese Spannungen zurückgeführt. Durch das Verringern der Spannungen in der Plattenmitte wird die Lebensdauer der Platte vorteilhaft verlängert. Somit ist auch bei Spitzendrücken bis zu 2000 bar eine einwandfreie Funktion der Platte gewährleistet.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte eine geringere Dicke aufweist als in den äußeren Bereichen. Dadurch werden die Spannungen in der Mitte der Platte vermindert. Der Kraftfluß wird auf die äußeren Bereiche umgeleitet. Dadurch erfolgt eine Kraftumleitung an diejenigen Stellen, die weniger belastet werden. So wird der kritische Bereich in der Mitte der Platte entlastet. Eine besondere Bedeutung kommt der konkreten Gestalt der Platte zu. Dabei sind verschiedene Ausführungen möglich, die jedoch alle den gemeinsamen Grundgedanken der vorliegenden Erfindung verwirklichen. Je nach Plattentyp kann die Platte eine mittige Vertiefung zur Aufnahme eines Endes von einem der Kolben aufweisen. In einem solchen Fall ist die erfindungsgemäße Ausbildung der Plattenmitte innerhalb der Vertiefung angeordnet.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der von der Antriebswelle abgewandten Seite eine Aussparung in Form die Form eines Kegels hat, dessen Spitze zum Inneren der Platte gerichtet ist. Diese kegelige Ausbildung der Platte in der Mitte kann beispielsweise durch eine Drehbearbeitung hergestellt werden. Dies hat zum Vorteil, daß herkömmliche Platten einfach gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet werden können. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß die Kegelform besonders gut geeignet ist, um die Spannungsverteilung in der Platte zu optimieren.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der zur Antriebswelle gewandten Seite eine Aussparung in Form eines Kegels hat, dessen Spitze zum Inneren der Platte gerichtet ist. Die Platte kann entweder auf ihrer Oberseite oder auf ihrer Unterseite kegelförmig ausgebildet sein. Die Entscheidung für die Ober- oder die Unterseite hängt von den auf die Platte wirkenden Kräften ab. Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung erwiesen, daß es vorteilhaft ist, den Kegel insbesondere auf der Seite auszubilden, auf der die größten Kräfte auftreten. Dies wird in der Regel die Seite sein, auf der die Antriebswelle angeordnet ist.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte auf der von der Antriebswelle abgewandten Seite und auf der zur Antriebswelle gewandten Seite jeweils eine Aussparung in Form eines Kegels hat, wobei die Spitzen der beiden Kegel zueinander gerichtet sind. Erfindungsgemäß werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn sowohl die Oberseite als auch die Unterseite der Platte in der Mitte kegelförmig ausgebildet werden. Dadurch ergibt sich ein optimaler Spannungsverlauf im Betrieb. Die Verschleißfestigkeit einer derart gestalteten Platte ist vorteilhaft erhöht.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Kegels auf der von der Antriebswelle abgewandten Seite etwa 1/10 der Höhe des Kegels auf der zur Antriebswelle gewandten Seite beträgt. Das ist deshalb von Vorteil, weil auf der zur Antriebswelle gewandten Seite die größten Kräfte auftreten. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Zylinderräume nicht vollständig befüllt werden. Die genauen Abmessungen der Platte hängen unter anderem vom Pumpendruck und von der Anzahl der Lastwechsel pro Zeiteinheit ab.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte rund ist. Der Einsatz von rechteckigen Platten ist prinzipiell auch möglich, allerdings ist die runde Form wegen der günstigeren Krafteinleitung im Zusammenwirken mit der Antriebswelle vorzuziehen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte in der Mitte ein runde Vertiefung aufweist. Die runde Vertiefung in der Mitte der Platte dient zur Aufnahme des zur Antriebswelle gerichteten Endes eines der Kolben. Wenn das Ende des Kolbens in der Vertiefung aufgenommen ist, kann sich die Platte im wesentlichen nicht mehr relativ zur Antriebswelle verschieben.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Platte einen Bund aufweist. Der Bund bildet einen Anschlag für einen Käfig, der an dem Kolben befestigt ist und dazu dient, die Platte an dem Kolben zu halten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle und der Platte ein Ring angeordnet ist. Der Ring dient zur Übertragung der Kräfte von der exzentrisch ausgebildeten Antriebswelle auf die Platte. Vorteilhaft ist der Ring gleitend auf der Antriebswelle gelagert. Dabei kann der Ring entweder zylindrisch oder polygonförmig ausgebildet sein.

Die vorliegende Erfindung hat allgemein den Vorteil, daß der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung in einfacher Art und Weise auf bestehende Radialkolbenpumpen angewendet werden kann. Darüber hinaus wird die Bauteilfestigkeit, insbesondere bei einer Nullförderung im Saughub, erhöht.

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

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer Radialkolbenpumpe;

Fig. 2 zeigt eine Platte gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit X aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1;

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Einzelheit Y aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1.

Die Fig. 1 zeigt eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumesseinheit.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren eingesetzt. 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 in der Fig. 1 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6 ist ein polygonförmiger Ring 8 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Der Ring 8 umfaßt drei jeweils um 120° zueinander versetzte Abflachungen 10 gegen die sich jeweils ein Kolben 12 abstützt. Statt des polygonförmigen Rings 8 kann auch ein zylinderförmiger Ring verwendet werden. Die Kolben 12 sind jeweils in einem Zylinderraum 18 zur Antriebswelle 4 in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen.

An dem zur Antriebswelle 4 hin gerichteten Ende der Kolben 12 ist jeweils eine Platte 14 befestigt. Die Platten 14 sind jeweils durch einen Käfig 15 an den zugehörigen Kolben 12 gehalten. Zudem sind die Platten 14 jeweils durch eine Feder 16 gegen den Ring 8 vorgespannt. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, befinden sich die Platten 14 in Anlage mit den Abflachungen 10 des Rings 8.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Platte 14 alleine gezeigt. Die in Fig. 2 im Querschnitt dargestellte Platte hat die Form eines Kreiszylinders mit einem Durchmesser von etwa 15 Millimetern und einer Höhe von etwa 5 Millimetern. Auf der Oberseite der Platte 14 ist mittig eine ebenfalls kreiszylinderförmige Vertiefung 20 mit einer abgerundeten Kante 21 ausgespart. Die Vertiefung 20 dient zur Aufnahme von einem Ende eines der Kolben 12. An der Platte 14 ist zudem ein Bund 22 vorgesehen, dessen oberer Rand 23 angeschrägt ist und in die Oberseite der Platte 14 übergeht. An der Unterseite der Platte 14 ist eine Abfasung 24 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt die Einzelheit X aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1. In der vergrößerten Ansicht sieht man, daß die Platte 14 auf der der Vertiefung 20 gegenüberliegenden Unterseite mittig eine kegelförmigen Aussparung 25 aufweist. Die Höhe H der kegelförmigen Aussparung 25 beträgt etwa 0,2 Millimeter. Der Durchmesser der kegelförmigen Aussparung 25 beträgt etwa 2,8 Millimeter.

Fig. 4 zeigt die Einzelheit Y aus Fig. 1 im Maßstab 20 : 1. In der vergrößerten Ansicht sieht man, daß die Platte 14 in der Mitte der Vertiefung 20 eine kegelförmigen Aussparung 26 aufweist. Die Höhe h der kegelförmigen Aussparung 26 beträgt etwa 0,02 Millimeter.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common- Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (18) angeordneten Kolben, an deren zur Antriebswelle (4) gewandten Enden jeweils eine Platte (14) angebracht ist, wobei die Kolben (12) durch Drehen der Antriebswelle (4) in dem jeweiligen Zylinderraum (18) in radialer Richtung hin- und her bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte so ausgebildet ist, daß die im Betrieb auftretenden Spannungen an dieser Stelle verringert werden.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte eine geringere Dicke aufweist als in den äußeren Bereichen.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte auf der von der Antriebswelle (4) abgewandten Seite eine Aussparung in Form eines Kegels (26) hat, dessen Spitze zum Inneren der Platte (14) gerichtet ist.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte auf der zur Antriebswelle (4) gewandten Seite eine Aussparung in Form eines Kegels (25) hat, dessen Spitze zum Inneren der Platte (14) gerichtet ist.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte auf der von der Antriebswelle (4) abgewandten Seite und auf der zur Antriebswelle (4) gewandten Seite jeweils eine Aussparung in Form eines Kegels (25, 26) hat, wobei die Spitzen der beiden Kegel (25, 26) zueinander gerichtet sind.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des Kegels (26) auf der von der Antriebswelle (4) abgewandten Seite etwa 1/10 der Höhe des Kegels (25) auf der zur Antriebswelle (4) gewandten Seite beträgt.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) rund ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) in der Mitte ein runde Vertiefung (20) aufweist.

9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14) einen Bund (22) aufweist.

10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antriebswelle (4) und der Platte (14) ein Ring (8) angeordnet ist.