DE19902292A1 - Fördereinheit - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Fördereinheit mit einer Vorförderpumpe, über die Druckmittel mit einem Speisedruck beaufschlagbar ist, der über ein Druckbegrenzungsventil in einer Speiseleitung begrenzbar ist. Der Ausgangsanschluß des Druckbegrenzungsventils ist derart angeordnet, daß das Druckmittel in der Druckbegrenzungsfunktion direkt in den Eingangsanschluß der Vorförderpumpe eingespeist wird. Die Vorförderpumpe ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fördereinheit mit einer Vorförderpumpe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Fördereinheiten werden beispielsweise bei Common-Rail-Einspritzsystemen eingesetzt, um den Kraftstoff mit einem Druck bis zu 2000 bar zu beaufschlagen. Fig. 1, auf die bereits jetzt Bezug genommen sei, zeigt die wesent­ lichen Bauelemente eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsy­ stems.

Demgemäß wird der Kraftstoff über eine strichpunktiert angedeutete Fördereinheit 1 aus einem Tank T angesaugt und mit einem Druck von bis zu 2000 bar einer Common-Rail 2 zu­ geführt. Der druckbeaufschlagte Kraftstoff wird über Ein­ spritzdüsen 4 in die Zylinder des Verbrennungsmotors einge­ spritzt.

Die in Fig. 1 angedeutete Fördereinheit 1 hat einen Sauganschluß P1, einen Tankanschluß PT und einen Druckan­ schluß P2, wobei die beiden erstgenannten Anschlüsse P1, PT mit dem Tank T und der letztgenannte Anschluß P2 mit der Common-Rail 2 verbunden sind.

Im Sauganschluß P mündet ein Saugkanal 6, der zu einer Vorförderpumpe 8 geführt ist. Der Druckanschluß der Vorför­ derpumpe 8 ist mit einem Speisekanal 10 verbunden, über den der auf den Speisedruck gebrachte Kraftstoff einer saugge­ drosselten Hochdruckpumpe 12 zugeführt wird. Die Saugdros­ selung erfolgt mittels eines Saugdrosselventils 14, über das der von der Vorförderpumpe 8 geförderte Volumenstrom androsselbar ist.

Zur Begrenzung des Druckes im Speisekanal 10 ist ein Druckbegrenzungsventil 16 vorgesehen, das in einer den Speisekanal 10 und den Saugkanal 6 verbindenden Rücklauf­ leitung 18 angeordnet ist. Der Druck- oder Ausgangsanschluß der Hochdruckpumpe 12 ist über einen Druckkanal 20 mit dem Druckanschluß P2 der Fördereinheit 1 verbunden.

Vom Druckkanal 20 zweigt eine Tankleitung 22 ab, in der ein elektromagnetisch betätigtes Druckmodulationsventil 24 angeordnet ist, das über die Motorsteuerung ansteuerbar ist. Durch dieses Druckmodulationsventil 24 läßt sich der Druck im Druckkanal 20 und damit in der Common-Rail 2 in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen schnell absenken. Die Tankleitung 22 ist zum Tankanschluß PT und von dort zum Tank T geführt.

Im Bereich zwischen dem Saugdrosselventil 14 und der Hochdruckpumpe 12 mündet eine Entlüftungsleitung 26 mit ei­ ner Drossel 28, über die der Druck am Eingangsanschluß der Hochdruckpumpe 12 in die Tankleitung 22 entspannbar ist. D. h., beispielsweise bei stillstehendem Motor wird dieser Leitungsbereich über die Entlüftungsleitung 26 zum Tank hin entlüftet.

Vom Saugkanal 10 zweigt ein Spülkanal 30 ab, über den ein Kühl-/Schmiermittelstrom abzweigbar und über eine Dros­ sel durch das Pumpengehäuse der Hochdruckpumpe 12 führbar ist, um deren thermisch oder mechanisch beanspruchte Bau­ elemente zu kühlen/schmieren. Der Spülkanal 30 mündet in der Entlüftungsleitung 26, so daß das zur Küh­ lung/Schmierung verwendete Druckmittel über die Tankleitung 22 in den Tank T zurückgeführt wird.

Bei modernen Dieselmotorkonstruktionen ist die Vorför­ derpumpe als Zellenradpumpe und die Hochdruckpumpe als Ra­ dialkolbenpumpe ausgeführt. Über die Vorförderpumpe 8 wird der Kraftstoff dabei auf einen Speisedruck von beispiels­ Weise 2 bis 5 bar gebracht, während in der Hochdruckpumpe eine Verdichtung auf Drücke im Bereich von bis zu 2000 bar erfolgt.

Die Vorförderpumpe 8 und die Hochdruckpumpe 12 werden von einer gemeinsamen Antriebswelle 32 angetrieben.

Bei der Erprobung des in Fig. 1 dargestellten Systems zeigt es sich, daß insbesondere bei hohen Motordrehzahlen und entsprechend hohen Drehzahlen der Antriebswelle 32 eine starke Pulsation des Speisedrucks im Speisekanal 10 zu be­ obachten war. Als Grund hierfür wird eine unvollständige Füllung der Förderräume der Vorförderpumpe 8 angesehen, die üblicherweise als Flügelzellenpumpe ausgeführt ist.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fördereinheit zu schaffen, bei der die Volumenstrom­ pulsation auch bei hohen Drehzahlen minimiert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Fördereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, den Ausgangsanschluß des Druckbe­ grenzungsventils zur Begrenzung des Ausgangsdrucks der Vor­ förderpumpe derart anzuordnen, daß es in seiner Druckbe­ grenzungsfunktion das Druckmittel über seinen Ausgangsan­ schluß direkt in dem Eingangsanschluß der Vorförderpumpe einspeist, kann der Füllgrad der Vorförderpumpe bei hohen Drehzahlen gegenüber den herkömmlichen Lösungen verbessert werden, so daß die Druckpulsation am Druckanschluß der För­ derpumpe minimiert ist. Unter "Einspeisen" ist dabei das Einströmen des Druckmittels ohne wesentliche Umlenkung vom Ausgangsanschluß des Druckbegrenzungsventils in den Saugan­ schluß der Förderpumpe zu verstehen. Dies setzt voraus, daß der Ausgangsanschluß des Druckbegrenzungsventils zumindest abschnittsweise zum Sauganschluß der Vorförderpumpe ausge­ richtet ist.

Für Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme vorgesehene Fördereinheiten werden vorzugsweise mit einer Flügelzellen­ pumpe als Vorförderpumpe ausgeführt, so daß der Ausgangsan­ schluß des Druckbegrenzungsventils mit Bezug zur Saugniere der Flügelzellenpumpe ausgerichtet ist. Das Druckmittel strömt dann in der Druckbegrenzungsfunktion des Druckbe­ grenzungsventils direkt vom Ausgangsanschluß in die Saug­ niere der Flügelzellenpumpe ein.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Druckbegrenzungsventil in Patronenbauweise ausgeführt, wo­ bei der Ausgangsanschluß durch einen oder mehrere Durchbrü­ che in einer Ventilhülse ausgebildet ist. Zumindest einer der Durchbrüche ist dann erfindungsgemäß in der vorbe­ schriebenen Weise zum Sauganschluß der Vorförderpumpe aus­ gerichtet.

Dabei wird es bevorzugt, wenn das Druckbegrenzungsven­ til als Schieberventil ausgeführt ist, wobei zur Vergleich­ mäßigung der Ventilschieberbelastung die Durchbrüche entwe­ der paarweise diametral zueinander angeordnet sind oder ei­ nem einzigen, zum Sauganschluß der Vorförderpumpe ausge­ richteten Durchbruch eine diametral angeordnete Sackloch­ bohrung zugeordnet ist, die hydraulisch mit dem erstgenann­ ten Durchbruch verbunden ist. Auf diese Weise wird der Ven­ tilschieber von beiden Seiten mit dem Druckmittel beauf­ schlagt, so daß kein Klemmen aufgrund einer einseitigen Druckbelastung entstehen kann.

Die Erfindung läßt sich besonders vorteilhaft bei Kraftstoffeinspritzsystemen anwenden, bei denen der Vorför­ derpumpe eine Hochdruckpumpe zugeordnet ist. Diese Hoch­ druckpumpe wird vorzugsweise als sauggedrosselte Radialkol­ benpumpe ausgeführt. Die Ansteuerung des Saugdrosselventils zur Androsselung des von der Vorförderpumpe zur Verfügung gestellten Kraftstoffvolumenstromes läßt sich insbesondere in niedrigen Speisedruckbereichen verbessern, in denen eine Rückstellfeder des Druckbegrenzungsventils mit einer stei­ len Federkennlinie ausgeführt wird, so daß in diesen Druck­ bereichen ein größerer Stellbereich für die Ansteuerung des Saugdrosselventils zur Verfügung steht.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 einen Schaltplan eines Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystems;

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Fördereinheit mit ei­ ner Flügelzellenpumpe;

Fig. 3 eine weitere Schnittansicht der Fördereinheit auf Fig. 2;

Fig. 4 eine Detailansicht von oben auf die Darstellung gemäß Fig. 3 und

Fig. 5 ein Druckbegrenzungsventil das bei der Förder­ einheit gemäß Fig. 2 und 3 verwendet ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Förderein­ heit 1 für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsysteme be­ schrieben, dessen Grundaufbau demjenigen entspricht, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei daher auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.

Die darin strichpunktiert angeordnete Fördereinheit 1 hat eine Vorförderpumpe 8 und eine Hochdruckpumpe 12, die in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnet sind und von einer einzigen Antriebswelle 32 angetrieben werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuse 34 der Fördereinheit 1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Vorförderpumpe 8 als Flügelzellenpumpe ausgeführt, während die Hochdruckpumpe beispielsweise als Radialkolben­ pumpe ausgebildet ist. Der Aufbau derartiger Radialkolben­ pumpen ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 197 27 249 A1 bekannt, so daß diesbezüglich weitere Ausführungen entbehrlich sind.

Wie bereits erwähnt, werden die Radialkolbenpumpe und die Vorförderpumpe 8 gemeinsam über die im Pumpengehäuse 34 gelagerte Antriebswelle angetrieben. Die Vorförderpumpe 8 hat einen mit der Antriebswelle 32 drehfest verbundenen Ro­ tor 36, in dem Radialschlitze zur Führung von Flügeln 38 ausgebildet sind. Diese stehen in Radialrichtung über den Außenumfang des Rotors 36 hinaus und liegen an der Innenum­ fangswandung eines Hubrings 40 an, so daß jeweils zwischen zwei benachbarten Flügeln 38 ein sichelförmiger Verdrän­ gungsraum 42 ausgebildet wird. Der Hubring 40 ist exzen­ trisch zur Antriebswelle 32 im Pumpengehäuse 34 gelagert, so daß sich das Volumen der Verdrängerräume 42 in Abhängig­ keit von der Drehwinkelposition des Rotors 36 verändert.

Seitlich, d. h. parallel zur Zeichenebene sind die Ver­ drängerräume 42 durch eine Seitenscheibe und einen Gehäuse­ deckel verschlossen, die mit dem Pumpengehäuse 34 ver­ schraubt sind.

Die Zu- und Abfuhr von Druckmittel erfolgt über eine Saugniere 44 bzw. eine Druckniere 46 die in der Darstellung gemäß Fig. 2 gestrichelt angedeutet sind. Die Saug- und Druckniere 44, 46 können beispielsweise im Gehäusedeckel ausgebildet sein.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Gehäusedeckel 48 des Pumpengehäuses 34. D. h., dieser Schnitt ist oberhalb der Schnittebene (Zeichenebene) in Fig. 2 angeordnet. Dem­ gemäß durchsetzt die Antriebswelle 32 den Gehäusedeckel 48, der mit dem Pumpengehäuse 34 verschraubt ist.

Im Tangentialabstand zur Antriebswelle 32 ist das Druckbegrenzungsventil 16 zur Begrenzung des Speisedruckes im Gehäusedeckel 48 montiert. In diesem ist desweiteren der Sauganschluß P1 mit einem Teil des Saugkanals 6 sowie ein Teil des Speisekanals 10 ausgebildet. Ausweislich Fig. 3 ist das Druckbegrenzungsventil 16 in einer Aufnahmebohrung 50 angeordnet, die sich vom Umfangsrand des Gehäusedeckels 48 bis hin zum Speisekanal 10 erstreckt. Der Saugkanal 6 mündet in einem Druckraum 52, der in die Saugniere 44 über­ geht. Dieser Druckraum 52 verbindet die Axialbohrung 50 mit dem Saugkanal 6. Die Speiseleitung 10 endet in einem Raum 54, der in entsprechender Weise in die Druckniere 46 über­ geht.

Die Relativanordnung des Druckbegrenzungsventils 16 ist derart gewählt, daß die Verbindung vom Speisekanal 10 zum Saugkanal 6 in der Schließstellung abgesperrt und in der Druckbegrenzungsstellung aufgesteuert ist, so daß im letzt­ genannten Fall Druckmittel vom Saugkanal 10 in den Druck­ raum 52 oder die Saugniere 44 einströmen kann.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Druck­ begrenzungsventils 16, wie es in die Axialbohrung 50 einge­ baut werden kann. Dieses Druckbegrenzungsventil 16 ist in Patronenbauweise ausgeführt und hat eine Ventilhülse 56, in der eine Axialsacklochbohrung 58 ausgebildet ist. Der in Fig. 4 rechte Endabschnitt der Ventilhülse 56 ist als Be­ festigungsabschnitt zum Festlegen der Ventilhülse 56 im Ge­ häusedeckel 48 ausgebildet. In der Axialsacklochbohrung 58 ist ein Ventilschieber 60 geführt, der mittels einer Rück­ stellfeder 62 gegen die Stirnseite einer Anschlaghülse 64 vorgespannt ist, die in den Mündungsbereich der Axialsack­ lochbohrung 58 eingesetzt ist.

Diese Anschlaghülse 64 bildet den Eingangsanschluß 66 des Druckbegrenzungsventils 16. Der Ausgangsanschluß ist durch eine Radialbohrung 68 im Ringmantel der Ventilhülse 56 gebildet, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Wandung durchsetzt und in der diametral angeordneten Wan­ dung endet, so daß der Endabschnitt der Radialbohrung 68 durch eine Einsenkung 70 gebildet ist.

In der Ventilhülse 56 ist desweiteren eine Entlüftungs­ bohrung 72 ausgebildet, über die der Aufnahmeraum für die Rückstellfeder 62 entlüftet werden kann.

In der in Fig. 4 dargestellten Grundposition schließt der Ventilschieber 60 die Radialbohrung 68 ab, so daß keine Verbindung vom Eingangsanschluß 66 zum Ausgangsanschluß (68) vorliegt.

Bei Ansteigen des Druckes am Eingangsanschluß 66 wird der Ventilschieber 60 von der Anschlaghülse 64 abgehoben und in der Darstellung gemäß Fig. 4 nach rechts bewegt, bis die Radialbohrung 68 aufgesteuert wird. Die Einsenkung 70 sorgt dafür, daß der Ventilschieber 60 durch das Druck­ mittel in Radialrichtung im wesentlichen beidseitig druck­ belastet wird, so daß ein Klemmen oder eine Schwergängig­ keit des Ventilschiebers 60 aufgrund einer einseitigen Druckbelastung ausgeschlossen ist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Rückstellfe­ der 62 mit einer steilen Federkennlinie ausgeführt, so daß sich ein vom über das Druckbegrenzungsventil 16 abströmen­ den Volumenstrom abhängiger Vorförderdruck einstellt. Dies kann dann zur genaueren Ansteuerung des elektromagnetisch betätigten Saugdrosselventils 14 ausgenützt werden, wie dies in der Parallelanmeldung P 199. . . (unser Zeichen: MA7305, "Montageverfahren") beschrieben ist.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die Vorförderpumpe 8, der etwa entlang der strichpunktierten Linie 74 in Fig. 3 gelegt ist. Diese Schnittdarstellung gemäß Fig. 5 ist al­ lerdings zur Erleichterung des Verständnisses stark verein­ facht dargestellt.

Demgemäß ist das Druckbegrenzungsventil 16 im Gehäuse­ deckel 48 derart angeordnet, das die Radialbohrung 68 di­ rekt einem Öffnungsabschnitt der Saugniere 44 gegenüber­ liegt. Durch diese Ausrichtung der Radialbohrung 68 mit Be­ zug zur Saugniere 44 kann das Druckmittel in der Druckbe­ grenzungsfunktion in der in Fig. 5 dargestellten Weise di­ rekt in die Saugniere 44 einströmen, so daß bei hohen Dreh­ zahlen eine vollständige Füllung des stromabwärts der Saug­ niere 44 angeordneten Verdrängerraums 42 gewährleistet ist. In der vereinfachten Darstellung gemäß Fig. 5 ist dieser Verdrängerraum durch jeweils 2 Flügel 38 sowie den Gehäuse­ deckel 48 und die Seitenscheibe (nicht dargestellt) bzw. das Pumpengehäuse 34 begrenzt.

In der in Fig. 5 dargestellten Relativanordnung ist dann entsprechend die Einsenkung 70 von der Saugniere 44 abgewandt. Die Ventilhülse 56 ist im Abstand zur Innenum­ fangswandung der Aufnahmebohrung 50 angeordnet.

In Abweichung vom vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel könnte die verbesserte Füllung der Flügelzellenpumpe auch dadurch erreicht werden, daß mehrere Radialdurchbrüche 68 in der Ventilhülse 56 ausgebildet sind, wobei lediglich ei­ ner der Radialdurchbrüche 68 in der vorbeschriebenen Weise mit Bezug zur Saugniere 44 ausgerichtet werden muß. Selbst­ verständlich ließen sich auch mehrere Radialdurchbrüche 68 derart anordnen, daß diese ein direktes Abströmen des Druckmittels in die Saugniere 44 ermöglichen.

Wesentlich ist, daß das in der Druckbegrenzungsfunktion aus dem Speisekanal 10 abströmende Druckmittel zumindest teilweise direkt in die Saugniere oder den Eingangsanschluß der Flügelzellenpumpe eingeleitet wird, so daß die Füllung des Verdrängerraums 42 durch das mit dem Vorförder- oder Speisedruck abströmende Druckmittel unterstützt wird.

Bei einigen Anwendungsfällen kann es auch ausreichen, wenn dem oder den mit Bezug zur Saugniere 44 ausgerichteten Radialdurchbrüchen 68 keine diametral dazu angeordnete Aus­ gleichsbohrung (Einsenkung 70 oder Durchbruch) zugeordnet ist. In diesem Fall würde man eine gewisse Schwergängigkeit des Ventilschiebers 56 in Kauf nehmen, die in bestimmten Druckbereichen jedoch minimal ist.

Offenbart ist eine Fördereinheit mit einer Vorförder­ pumpe, über die Druckmittel mit einem Speisedruck beauf­ schlagbar ist, der über ein Druckbegrenzungsventil in einer Speiseleitung begrenzbar ist. Der Ausgangsanschluß des Druckbegrenzungsventils ist derart angeordnet, daß das Druckmittel in der Druckbegrenzungsfunktion direkt in den Eingangsanschluß der Vorförderpumpe eingespeist wird. Die Vorförderpumpe ist vorzugsweise als Flügelzellenpumpe aus­ geführt.

Claims (8)

1. Fördereinheit mit einer Vorförderpumpe (8), über die Druckmittel durch einen Saugkanal (6) aus einem Tank (T) ansaugbar und druckbeaufschlagt in einen Speiseka­ nal (10) einspeisbar ist, in dem ein Druckbegrenzungs­ ventil (16) zur Begrenzung des Drucks in dem Speiseka­ nal (10) angeordnet ist, über das der Speisekanal (10) bei Überschreiten eines Maximaldruckes mit dem Saugka­ nal (6) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsanschluß (68) des Druckbegrenzungsventils (16) derart ausgerichtet ist, daß das Druckmittel bei geöff­ netem Druckbegrenzungsventil (16) direkt in einen Saug­ anschluß (44) der Vorförderpumpe abströmen kann.

2. Fördereinheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorförderpumpe (8) eine Flügelzellen­ pumpe ist und der Ausgangsanschluß (68) des Druckbe­ grenzungsventils in der Saugniere (44) der Flügelzel­ lenpumpe mündet.

3. Fördereinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (16) in Patronenbauweise ausgeführt ist, dessen Eingangsan­ schluß (68) als Axialanschluß und dessen Ausgangsan­ schluß als zumindest ein Radialdurchbruch (68) in einer Ventilhülse (56) ausgeführt ist, wobei zumindest ein Radialdurchbruch (68) mit Bezug zum Sauganschluß (44) der Vorförderpumpe (8) ausgerichtet ist.

4. Fördereinheit nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest 2 Radialdurchbrüche (68) diame­ tral zueinander angeordnet sind.

5. Fördereinheit nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil einen Radial­ durchbruch (68) in der Ventilhülse (56) hat, dem eine mit diesem hydraulisch verbundene, diametral angeordne­ te Einsenkung (70) zugeordnet ist.

6. Fördereinheit nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Speisekanal (10) eine Hochdruckpumpe (12) angeschlossen ist.

7. Fördereinheit nach Patentanspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hochdruckpumpe (12) eine sauggedros­ selte Radialkolbenpumpe ist, über die eine Common-Rail (2) eines Kraftstoffeinspritzsystems mit Kraftstoff versorgbar ist.

8. Fördereinheit nach Patentanspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Druckbegrenzungsventil (16) als Schieberventil ausgeführt ist, dessen Rückstellfeder (62) mit einer steilen Federkennlinie ausgebildet ist.