DE19959006C1

DE19959006C1 - Radialkolbenpumpe

Info

Publication number: DE19959006C1
Application number: DE19959006A
Authority: DE
Inventors: Andreas Scharfenberg
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-12-08
Filing date: 1999-12-08
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2019-12-09
Also published as: WO2001042651A1; EP1269021A1; JP2003516498A; DE50011662D1; JP4787444B2; US6843641B1; EP1269021B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, die exentrisch ausgebildet ist und mit mehreren, insbesondere drei, bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind und jeweils einen Zylinderraum begrenzen, der über ein Saugventil (S¶1¶, S¶2¶, S¶3¶) mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht. DOLLAR A Um eine Gleichförderung der einzelnen Pumpenelemente zu gewährleisten, ist genau ein Saugventil (S¶2¶) so gesteuert, dass es in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle öffnet und schließt.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in einem Common-Rail Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist und mit mehreren, insbesondere drei, bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind und jeweils einen Zylinderraum begrenzen, der über ein Saugventil mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht.

Eine derartige Radialkolbenpumpe ist in der DE 198 14 477 A1 beschrieben.

In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe unter Zuhilfenahme einer Vorförderpumpe den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in einen zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzeln von der Motorelektronik angesteuert, um Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.

Als Hochdruckpumpe kann eine Radialkolbenpumpe verwendet werden, wie sie bspw. in der nicht vorveröffentlichten DE 198 48 035 beschrieben ist. Bei einer solchen Radialkolbenpumpe bildet ein Kolben mit dem zugehörigen Zylinderraum jeweils ein Pumpenelement, durch das der geförderte Kraftstoff mit Hochdruck beaufschlagt wird. Die Fördermenge der Radialkolbenpumpe kann mit Hilfe einer Zumesseinheit an den jeweiligen Bedarf der Brennkraftmaschine angepasst werden. Dann wird in der Radialkolbenpumpe nur soviel Kraftstoff verdichtet, wie tatsächlich gebraucht wird. Als Zumesseinheit kann eine auf der Saugseite der Radialkolbenpumpe vorgesehene verstellbare Drossel eingesetzt werden. Das hat zur Folge, dass die einzelnen Zylinderräume im Betrieb bei einer geringen Fördermenge nicht vollständig gefüllt werden.

Zur Abdichtung der einzelnen Zylinderräume gegenüber dem Niederdruckraum können durch eine Schließfeder vorgespannte Saugventile verwendet werden. In der Praxis weisen verschiedene Saugventile gleicher Bauart herstellungsbedingt unterschiedliche Vorspannungen auf. Demzufolge sind die Öffnungsdrücke der verschiedenen Saugventile auch unterschiedlich. Das hat zur Folge, dass verschiedene baugleiche Saugventile einer Radialkolbenpumpe, insbesondere bei Minimalförderung, in Abhängigkeit von der Vorspannung der jeweiligen Schließfeder unterschiedlich lange geöffnet sind. Im Extremfall kann es passieren, dass ein Saugventil überhaupt nicht öffnet. Somit wird der entsprechende Zylinderraum im Saughub nur unzureichend oder gar nicht gefüllt. Dadurch wird eine ungleichmäßige Förderung der einzelnen Pumpenelemente bewirkt. Das wiederum kann zu einem unrunden Lauf der Brennkraftmaschine führen, was besonders im PKW- Bereich unerwünscht ist.

In der nichtvorveröffentlichten DE 198 48 035 wird vorgeschlagen, die Gleichförderung der einzelnen Pumpenelemente dadurch zu verbessern, dass die Schließfedern sämtlicher Saugventile an den zugehörigen Kolben abgestützt sind. Dadurch wird das Öffnen der Saugventile in Abhängigkeit von der Kolbenstellung gesteuert. Wenn sich ein Kolben auf das zugehörige Saugventil zubewegt, wird von der Schließfeder eine zunehmende Kraft auf den Ventilkörper des Saugventils ausgeübt. Dadurch wird sichergestellt, dass das Saugventil geschlossen ist, wenn sich der zugehörige Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet. Wenn sich der Kolben von dem Saugventil wegbewegt, nimmt die von der Schließfeder auf den Ventilkörper des Saugventils ausgeübte Kraft ab. Dadurch wird sichergestellt, dass das Saugventil geöffnet ist, wenn sich der zugehörige Kolben im unteren Totpunkt befindet. Die in der DE 198 48 035 beschriebene Lösung hat jedoch den Nachteil, dass sie relativ aufwendig und teuer zu realisieren ist. Aus der DE 197 09 586 A1 ist eine Pumpe mit einem Saugventil bekannt, das wegabhängig gesteuert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpe bereitzustellen, die eine Gleichförderung der einzelnen Pumpenelemente gewährleistet und kostengünstig herstellbar ist.

Die Aufgabe ist bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in einem Common-Rail- Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist und mit mehreren, insbesondere drei, bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind und jeweils einen Zylinderraum begrenzen, der über ein Saugventil mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht, dadurch gelöst, dass genau ein Saugventil so gesteuert ist, dass es in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle öffnet und schließt.

Vorteile der Erfindung

Die Verwendung von nur einem gesteuerten Saugventil hat den Vorteil, dass nicht für jedes Pumpenelement ein gesteuertes Saugventil verwendet werden muss. Dadurch können die Herstellkosten der Radialkolbenpumpe und der Einstellaufwand der Saugventile deutlich reduziert werden.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet dass das gesteuerte Saugventil einen Ventilkörper aufweist, der durch eine Schließfeder beaufschlagt ist, die sich an dem zugehörigen Kolben abstützt. Die Schließfeder drückt in Abhängigkeit von der Stellung des zugehörigen Kolbens und somit der Antriebswelle gegen den Ventilkörper des Saugventils. Wenn sich der Kolben in seinem oberen Totpunkt befindet, ist der Abstand zwischen dem Kolben und dem Ventilkörper am kleinsten. Demzufolge ist die von der Schließfeder auf den Ventilkörper aufgebrachte Kraft am größten.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Saugventil z. B. über einen Magneten so steuerbar ist, dass es am oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens öffnet und einen bestimmten Drehwinkel der Antriebswelle später wieder schließt. Durch die genau festgelegte Öffnungsdauer des gesteuerten Saugventils wird die Gleichförderung der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe verbessert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die übrigen Saugventile so ausgelegt sind, dass sie unabhängig vom Drehwinkel der Antriebswelle bei unterschiedlichen Öffnungsdrücken öffnen. Die übrigen, ungesteuerten Saugventile öffnen in Abhängigkeit von der herrschenden Druckdifferenz. Durch die unterschiedlichen Öffnungsdrücke ist gewährleistet, dass jedes Saugventil auch bei Minimalförderung öffnet. Demzufolge fördern alle Pumpenelemente Kraftstoff. Allerdings sind die Öffnungszeiten der einzelnen Saugventile unterschiedlich. Somit fördert nicht jedes Element die gleiche Kraftstoffmenge. Dennoch wurden in der Praxis mit der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe gute Ergebnisse erzielt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Zeichnung

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Auftragung der Kolbenhübe über der Zeit in Abhängigkeit von der Stellung der Saugventile gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 2 die Auftragung der Kolbenhübe über der Zeit in Abhängigkeit von der Stellung der Saugventile gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe umfasst drei Pumpenelemente, die um 120° gegeneinander versetzt in einer Radialebene zur Achse einer Antriebswelle angeordnet sind. Die Antriebswelle ist drehbar in einem Pumpengehäuse gelagert und mit einem exzentrischen Wellenabschnitt ausgestattet. Der exzentrische Wellenabschnitt der Antriebswelle wirkt mit drei Kolben zusammen, die Radial zu der Antriebswelle in einer jeweiligen Elementbohrung angeordnet sind. Die Kolben begrenzen jeweils einen Zylinderraum. Über ein Saugventil gelangt Kraftstoff in den Zylinderraum und wird dort durch den Kolben mit Hochdruck beaufschlagt. Der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff gelangt über ein Druckventil in einem Kraftstoffhochdruckspeicher (Rail).

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe umfasst also drei Saugventile und drei Druckventile. Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden zwei herkömmliche, federvorgespannte Saugventile zusammen mit einem drehwinkelgesteuerten Saugventil verwendet, dessen Schließfeder gegen den zugehörigen Kolben abgestützt ist. Der Begriff drehwinkelgesteuert bedeutet, dass das Saugventil in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle gesteuert ist. Die Steuerung des Saugventils erfolgt durch die Schließfeder, die in Abhängigkeit von der Stellung des zugehörigen Kolbens eine mehr oder weniger große Kraft auf das Saugventil ausübt. Ein derartiges Saugventil ist bspw. in der nicht vorveröffentlichten (DE 198 48 035) beschrieben.

In Fig. 1 sind die Kolbenhübe H der drei Pumpenelemente 1, 2 und 3 über der Zeit in Abhängigkeit von der Stellung der zugehörigen Saugventile S₁, S₂ und S₃ aufgetragen. Das Saugventil S₂ ist drehwinkelgesteuert. Wenn sich der zu dem Pumpenelement 2 gehörige Kolben 2 in der Nähe des unteren Totpunkts befindet, öffnet das Saugventil S₂. Bei der Bewegung des Kolbens 2 nach oben wird die sich an dem Kolben abstützende Schließfeder zusammengedrückt, wodurch das Saugventil S₂ schließt. In dem (nicht dargestellten) Niederdruckraum, der bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen von einem Ringkanal gebildet wird, herrscht weiterhin Zulaufdruck. Der Zulaufdruck sorgt dafür, dass das ungesteuerte Saugventil S₃ öffnet. Dazu darf der Öffnungdruck am Saugventil S₃ nicht höher eingestellt sein als bei dem Saugventil S₁. Das Saugventil S₃ bleibt solange geöffnet, bis das Pumpenelement 3 so weit gefüllt ist, dass der höhere Öffnungsdruck des Saugventils S₁ erreicht ist. Dann öffnet das ungesteuerte Saugventil S₁ solange, bis das gesteuerte Saugventil S₂ wieder geöffnet wird.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von einem gesteuerten und zwei ungesteuerten Saugventilen ist gewährleistet, dass in Betrieb der Radialkolbenpumpe auch bei Minimalförderung jedes Saugventil geöffnet wird und somit alle drei Pumpenelemente Kraftstoff fördern. Allerdings fördert bei dem erfindungsgemäßen Prinzip nicht jedes Pumpenelement die gleiche Kraftstoffmenge, da die Öffnungszeiten der Saugventile unterschiedlich lang sind, wie in Fig. 1 zu sehen ist.

Eine noch bessere Gleichförderung kann mit einem gesondert, z. B. magnetisch, gesteuerten Saugventil realisiert werden. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei herkömmlichen Saugventilen S₁, S₃ sowie einem gesondert gesteuerten Saugventil S₂ dargestellt. Das Saugventil S₂ ist so gesteuert, dass es am oberen Totpunkt OT des Pumpenelements 2 öffnet und bei einer geringen Fördermenge 120° Drehwinkel der Antriebswelle später wieder schließt. Durch den anliegenden Zulaufdruck öffnet anschließend das Saugventil S₁, dessen Öffnungsdruck geringer eingestellt ist als der des Saugventils S₃. In dem sich dadurch füllenden Pumpenelement 1 drückt der Kolben den Kraftstoff aufgrund seiner Hubbewegung gegen das Saugventil S₁, das dadurch geschlossen wird. Durch den in den Niederdruckraum herrschenden Druck wird dann das Saugventil S₃ geöffnet, und zwar solange, bis der Kolben im Pumpenelement 1 den oberen Totpunkt wieder verlassen hat, wodurch das Saugventil S₁ wegen seines geringeren Öffnungsdrucks wieder öffnet. Das Saugventil S₁ bleibt solange geöffnet, bis das gesteuerte Saugventil S₂ wieder öffnet.

Durch die erfindungsgemäße Kombination des gesondert gesteuerten Saugventils S₂ mit den ungesteuerten Saugventilen S₁ und S₃ ist sichergestellt, dass alle drei Pumpenelemente 1 bis 3 sicher mit Kraftstoff gefüllt werden. Durch die gesteuerte Öffnungsdauer des Saugventils S₂ von 120° Drehwinkel ist mit einer besseren Gleichförderung als bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform zu rechnen. Die Steuerung für das gesonderte Saugventil S₂ ist in die Radialkolbenpumpe integriert.

Die Erfindung liefert allgemein den Vorteil, dass der Öffnungsdruck der ungesteuerten Saugventile gesenkt werden kann. Dadurch werden zusätzlich die Startbedingungen für die Vorförderpumpe in einem Common-Rail-Einspritzsystem entschärft. Außerdem kann der Wirkungsgrad gegenüber einer Radialkolbenpumpe mit drei gesteuerten Saugventilen erhöht werden.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckerzeugung in Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere in einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse drehbar gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist und mit mehreren, insbesondere drei, bezüglich der Antriebswelle radial in einer jeweiligen Elementbohrung angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in der jeweiligen Elementbohrung in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind und jeweils einen Zylinderraum begrenzen, der über ein Saugventil (S₁, S₂, S₃) mit einem Niederdruckraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Saugventil (S₂) so gesteuert ist, dass es in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Antriebswelle öffnet und schließt.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Saugventil (S₂) einen Ventilkörper aufweist, der durch eine Schließfeder beaufschlagt ist, die sich an dem zugehörigen Kolben abstützt.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Saugventil (S₂), z. B. über einen Magneten, so steuerbar ist, dass es am oberen Totpunkt des zugehörigen Kolbens öffnet und einen bestimmten Drehwinkel der Antriebswelle später wieder schließt.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die übrigen Saugventile (S₁, S₃) so ausgelegt sind, dass sie unabhängig vom Drehwinkel der Antriebswelle bei unterschiedlichen Öffnungsdrücken öffnen.