EP1310672A2 - Kraftstoff-Pumpeinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine sowie Kraftstoffsystem - Google Patents

Kraftstoff-Pumpeinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine sowie Kraftstoffsystem Download PDF

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EP1310672A2
EP1310672A2 EP02017337A EP02017337A EP1310672A2 EP 1310672 A2 EP1310672 A2 EP 1310672A2 EP 02017337 A EP02017337 A EP 02017337A EP 02017337 A EP02017337 A EP 02017337A EP 1310672 A2 EP1310672 A2 EP 1310672A2
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EP
European Patent Office
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fuel pump
drive motor
fuel
housing
pump device
Prior art date
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EP02017337A
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English (en)
French (fr)
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EP1310672B1 (de
EP1310672A3 (de
Inventor
Gottlob Haag
Martin Kessler
Michael Huebel
Bernd Schroeder
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP1310672A3 publication Critical patent/EP1310672A3/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors

Definitions

  • the invention initially relates to a fuel pump device for a fuel system one Internal combustion engine, especially with direct injection, with a fuel pump and one connected to it Drive motor.
  • Such a fuel pump device from EP 0 725 212 A2 known.
  • a fuel system is described in which a first fuel pump device fuel from a fuel tank to a second fuel pumping device and from there on over one High pressure area promotes to injectors.
  • Both Fuel pump devices each include one Fuel pump and one with the fuel pump connected electric drive motor. The capacity Both fuel pumping devices can use the speed of the electric drive motor changed and adjusted become.
  • the disadvantage of the known fuel pump device is of that their handling and integration into that Fuel system is difficult and therefore building the Makes the fuel system expensive. Also corresponds to the Pump performance not in all operating points of the Internal combustion engine the requirements.
  • This task is carried out in a fuel pump device at the outset that the Fuel pump is a radial piston pump and the Drive motor and the fuel pump with one unit form a common fluid-tight housing.
  • the design of the fuel pump as a radial piston pump enables the generation of high pressures, as in modern Fuel systems for internal combustion engines with gasoline direct injection required are.
  • the fact that the Drive motor and fuel pump form one unit becomes the handling when building the fuel system considerably relieved. So the drive motor and Fuel pump existing unit are preassembled, so that when building the fuel system, for example in a motor vehicle only one common and not two separate parts must be handled.
  • the housing of the drive motor and the Fuel pump in a common fluid-tight housing again improves the manageability of such designed fuel pumping device.
  • There is one such a fluid-tight housing for the Fuel pump required so this is not or hardly leads to additional costs.
  • the drive motor in the fluid-tight housing is housed ensures that the drive motor from contamination is protected from the outside. So less can pollution-tolerant but powerful Electric motors are used, which is again the Performance of the fuel pumping device benefits comes. Also the lifespan of the fuel pump device is improved by this measure.
  • the efficiency of the fuel pump device according to the invention is also improved by the fact that otherwise required shaft seal from the Fuel pump to the drive motor can be omitted.
  • a such shaft sealing is always with a certain Friction and some leakage, both of which reduces the efficiency of the fuel pump.
  • the Eliminating the shaft seal also reduces costs.
  • Fuel pumping device are in subclaims specified.
  • the Fuel pump a drive shaft with at least one Bearing includes which is a rotor shaft of the Drive motor is.
  • the drive motor is dispensed with.
  • Fuel pump device is the Interior of the housing of the fuel pump and the Drive motor unit formed by fuel at least flows in the area of the drive motor. This has the Advantage that the drive motor by the fuel is cooled, which improves its efficiency.
  • the flow guidance in the interior of the housing from the fuel pump and the drive motor unit is designed so that the fuel will at least drive the engine flowed through in areas and then to the fuel pump arrives, and that in the flow path between the drive motor and fuel pump a filter device, in particular a sieve, is present.
  • Fuel pumping device is the high efficiency available throughout the life of the facility.
  • the advanced training in which is also particularly compact the fuel pump drive shaft Has eccentric section and one around the eccentric section arranged around the ring and for each piston one with the Piston-connected slide shoe that bears against the cam ring are present, being in the radially outer peripheral surface of the cam ring a circumferential groove and in the shoe and in Pistons a radially extending channel are present.
  • the Groove and the channels can be simple and inexpensive Way. Through the groove and the Channels can use less fuel Flow resistance can be performed. The bringing in complex bores, for example in a cylinder head the radial piston pump is therefore not required. This will additionally the costs are kept low.
  • the fuel pumping device is aimed in the same direction, where the fuel pump is on Piston arranged suction valve comprises. This measure too reduces the dimensions of the fuel pumping device and the cost of making them.
  • Valve element of the suction valve made of a ceramic Material is made.
  • Such a ceramic Valve element builds relatively light, which advantages in terms on the valve dynamics.
  • one is Valve element insensitive to wear, so that the service life of the fuel pump device designed in this way is high.
  • Fuel pump device comprises this an electronic control unit, which drives the engine controls, with a control unit housing, which on the Housing of the fuel pump and the drive motor formed unit with at least one fastener is attached.
  • An electronic control is for the most types of drive motors are required anyway the signals required for the drive in the to provide the desired way.
  • the electronics are housed in a separate control section it can be optimally pre-assembled. In particular such pre-assembly conditions are adhered to, which for the error-free Operation of the control electronics are required.
  • the control unit housing of the control unit on Housing of the fuel pump and the drive motor formed unit are attached. This still happens before they are installed on the internal combustion engine, the Assembly work on the internal combustion engine simplified.
  • the fastener the wall of the housing of the fuel pump and the Drive motor formed unit penetrates, and that that Fasteners to the housing from the Fuel pump and the drive motor unit formed is sealed by a sealant.
  • a sealant By that Fasteners the wall of the housing from the Fuel pump and the drive motor unit formed penetrates, becomes a particularly safe and stable Attachment of the control unit housing allows.
  • the Sealant provided according to the invention is simultaneously ensures that fuel is in the housing is present, from this not to the control section can leak.
  • a degassing duct leads to the outside. This ensures that if Fuel gases that pass or through the sealant this through from the interior of the housing of the Drive motor and the fuel pump to the outside, kept away from the sensitive control electronics and instead be derived into the environment.
  • the assembly of the fuel pumping device is repeated simplified by the fact that the housing from the Fuel pump and the drive motor unit formed comprises at least two parts which are fluid-tight are connected to one another, the part of which Fuel pump and one connected to the drive shaft Rotor and part of the stator. Both parts can therefore independently of one another in different production sites can be pre-assembled. The Final assembly is still very easy.
  • the invention also relates to a fuel system for a Internal combustion engine with direct injection, with a first Fuel pump, which fuel to a fuel pumping device that promotes a second fuel pump and an electric drive motor connected to it includes, and with a high pressure area in which the second Fuel pump promotes and at least one Fuel injector is connected.
  • second fuel pump is a radial piston pump and the Drive motor and the second fuel pump one unit form with a common fluid-tight housing.
  • FIG. 1 a fuel system for a Internal combustion engine overall reference number 10. Die The internal combustion engine is only partially shown in FIG. 1 and bears the reference number 12.
  • the fuel system 10 includes a fuel tank 14, from which a fuel pump 16 delivers the fuel. This is driven by an electric drive motor 18 driven.
  • the fuel pump 16 delivers the fuel via a filter 19 to a fuel pumping device 20.
  • This comprises a housing 22 in which an electrical Drive motor 24 and a radial piston pump 26 are accommodated.
  • On the exact structure of the Fuel pump device 20 will be discussed in more detail below received.
  • the fuel pump device 20 delivers the fuel under very high pressure into a high pressure area belonging fuel rail 30 ("rail"), in which the Fuel is stored under very high pressure.
  • a high pressure area belonging fuel rail 30 (“rail"), in which the Fuel is stored under very high pressure.
  • multiple fuel injectors 32 connected to this are multiple fuel injectors 32 connected. These inject the fuel directly into corresponding combustion chambers 34 of the internal combustion engine 12.
  • the pressure in the fuel rail 30 is one Pressure sensor 36 detected. It delivers appropriate signals a control and regulating device 38. In turn lead from this Control lines to the electronic control part 28 of the Fuel pump device 20 and for electrical Drive motor 18, which drives the fuel pump 16.
  • the fuel pump device 20 is constructed as follows (Figure 2): The housing 22 is in two parts with one in Figure 2 left part 40 and a right part in Figure 2 42. Das left housing part 40 is block-shaped and has in Essentially circular cylindrical, disc-like shape. Coaxial to its longitudinal axis 44 is from the right in FIG a blind hole 45 is made in the left housing part 40. In this leads to several, distributed over the circumference arranged, radial and open to the outside Blind holes 46. In these are the cylinders of the Radial piston pump 26. In the sectional plane of Figure 2 is only one such cylinder visible. The radial direction blind holes 46 are each through an opening 47 fluidically with the electric drive motor 24 connected. A sieve insert is in each case in the openings 47 49 available.
  • roller bearings 48 and 50 used, through which a drive shaft 52 opposite the left housing part 40 is mounted with low friction.
  • To the stationary part of the right rolling bearing 50 is for electric drive motor 24 out a cover ring 53rd attached. Through this, the roller bearing 50 is in front of particles protected by the operation of the electric drive motor 24 can originate.
  • the drive shaft 52 has an in Installation position at the level of the blind hole 46 Eccentric section 54. This is a turn Hubring 56 placed. In the area of a cylinder outer circumferential surface of the cam ring 56 each flattened.
  • a sleeve 58 is used in the radial blind hole 46 of a cylinder.
  • a Piston 60 slidably received in the radial direction.
  • a slide shoe 62 attached at the radially inner end of the piston 60.
  • the bushing 58 supports against the cam ring 56th applied.
  • Flattened in the outer area The lateral surface of the cam ring 56 is a continuous groove 66 available. With this is a bore 68 in the shoe 62 and a bore 70 in which extends coaxially in the piston 60 Connection.
  • the bore 70 in the piston 60 has in its radially outer Area a larger diameter than in the radially inner Area. It is in the transition between these two areas an inclined transition surface (without reference number) present, which has a valve seat for a valve ball 72 a suction valve 74 forms.
  • the valve ball 72 is off a ceramic material and is made by one Compression spring (without reference number) against the valve seat applied.
  • a work space 78 is available between the piston 60 and the blind hole 46 to the radially outwardly closing cylinder head 76 .
  • a work space 78 is available between the piston 60 and the blind hole 46 to the radially outwardly closing cylinder head 76 .
  • a work space 78 is available between the piston 60 and the blind hole 46 to the radially outwardly closing cylinder head 76 .
  • the working space 78 can an outlet duct 82 present in the left housing part 40 get connected. This continues to the fuel manifold 30th
  • the drive shaft 52 of the radial piston pump 26 is in Figure 2 to the right slightly over the interface of the left Housing part 40 and forms a rotor shaft 84 here a rotor 86 of the electric drive motor 24.
  • Der Rotor 86 is on rotor shaft 84 by screw 88 attached and opposite to this by a locking disk 90th secured against rotation.
  • the rotor 86 has a cup shape. On his magnets 92 are applied to the radially outer lateral surface.
  • the right housing part 42 is also cup-shaped. It is opposite the left housing part 40 via an O-ring 93 sealed. Are on its radially inner lateral surface Windings 94 of the drive motor 24 attached.
  • the Interior of the right housing part 42 is not one illustrated inlet with the first fuel pump 16 connected.
  • FIG 2 is to the right of the right housing part 42 the electrical control part 28.
  • This comprises a housing 96, in which electronic components 98 are accommodated, which for the control of the windings 94 of the electric drive motor 24 of the radial piston pump 26 required are.
  • the electronic components 98 are in turn controlled by the control and regulating device 38.
  • the Control unit housing 96 is through on the right housing part 42 a bolt 100 attached.
  • This is in two Sleeves 102 and 104 guided, between which an O-ring 106th is pressed in the installed position.
  • the length of the sleeves 102 and 104 is chosen so that the O-ring 106 is still in the Area of the right housing part 42 is.
  • the interior the right housing part 42 is thus fluid-tight completed.
  • the power lines 108 may be on the bolt 100 welded or soldered.
  • the fuel runs from the first Fuel pump 16 compressed to approximately 4 to 6 bar. He reaches the interior of the right one with this pressure Housing part 42. About the electronic components the electric drive motor 18 from the control device 38 rotated, whereby the drive shaft 52 in a rotational movement, the cam ring 56 in a rotating Stroke movement and the piston 60 in a reciprocating motion be transferred.
  • the fuel flows through the interior of the right housing part 42 cools the components of the drive motor 24 and also that of the power electronics 98, and then passes through the openings 47, the groove 66 in Hubring 56, and the bores 68 and 70 in the slide shoe 62nd and in the piston 60 into the working space 78. Through the sieves 49 In the openings 47 there is contamination from the work area 78 kept away.
  • the fuel passes from the working space 78 further via the outlet duct 82 to the fuel manifold 30th
  • the fuel pump device 20 becomes as follows assembled: First, the left housing part 40 with the Components of the radial piston pump 26 pre-assembled. The rotor 86 of the electric drive motor 24 is already attached to the rotor shaft 84. At the same time, possibly in another assembly plant, the right housing part 42 with the windings 94 are preassembled. Even the assembly of the Control part housing 96 and the connection of the windings 94 with the electronic components 98 in the control unit housing 96 is possible here.
  • the final assembly takes place, in which the right housing part 42 with the windings 94 pushed over the rotor 86 and on left housing part 40 is attached.
  • the Radial piston pump 26 for generating very high delivery pressures, the associated electric drive motor 24 for Generation of high speeds, and the electrical control part 28 for controlling the electric drive motor 24 includes.

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Abstract

Eine Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) wird in einem Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine (12) eingesetzt. Sie umfasst eine Kraftstoffpumpe (26) und einen mit dieser verbundenen elektrischen Antriebsmotor (24). Um die Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) noch kompakter bauen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Kraftstoffpumpe eine Radialkolbenpumpe (26) ist und der Antriebsmotor (24) und die Kraftstoffpumpe (26) eine Einheit mit einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse (22) bilden. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft zunächst eine Kraftstoff-Pumpeinrichtung für ein Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere mit Direkteinspritzung, mit einer Kraftstoffpumpe und einem mit dieser verbundenen Antriebsmotor.
Eine solche Kraftstoff-Pumpeinrichtung aus der EP 0 725 212 A2 bekannt. In dieser ist ein Kraftstoffsystem beschrieben, bei dem eine erste Kraftstoff-Pumpeinrichtung Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter zu einer zweiten Kraftstoff-Pumpeinrichtung und von dort weiter über einen Hochdruckbereich zu Einspritzventilen fördert. Beide Kraftstoff-Pumpeinrichtungen umfassen jeweils eine Kraftstoffpumpe und einen mit der Kraftstoffpumpe verbundenen elektrischen Antriebsmotor. Die Förderleistung beider Kraftstoff-Pumpeinrichtungen kann über die Drehzahl des elektrischen Antriebsmotors verändert und eingestellt werden.
Der Nachteil der bekannten Kraftstoff-Pumpeinrichtung ist der, dass ihre Handhabung und Integration in das Kraftstoffsystem schwierig ist und daher den Aufbau des Kraftstoffsystems teuer macht. Auch entspricht die Pumpleistung nicht in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine den Anforderungen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoff-Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie einfacher baut und dass das entsprechende Kraftstoffsystem preiswert hergestellt werden kann. Auch soll sie den insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung erforderlichen hohen Einspritzdruck in allen Betriebspunkten der Brennkraftmaschine bereitstellen können.
Diese Aufgabe wird bei einer Kraftstoff-Pumpeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Kraftstoffpumpe eine Radialkolbenpumpe ist und der Antriebsmotor und die Kraftstoffpumpe eine Einheit mit einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse bilden.
Die Ausbildung der Kraftstoffpumpe als Radialkolbenpumpe ermöglicht die Erzeugung hoher Drücke, wie sie bei modernen Kraftstoffsystemen für Brennkraftmaschinen mit Benzin-Direkteinspritzung erforderlich sind. Dadurch, dass der Antriebsmotor und die Kraftstoffpumpe eine Einheit bilden, wird die Handhabung beim Aufbau des Kraftstoffsystems erheblich erleichtert. So kann die aus Antriebsmotor und Kraftstoffpumpe bestehende Einheit vormontiert werden, so dass beim Aufbau des Kraftstoffsytems beispielsweise in einem Kraftfahrzeug nur noch ein gemeinsames und nicht zwei separate Teile handzuhaben sind.
Die Unterbringung des Antriebsmotors und der Kraftstoffpumpe in einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse verbessert nochmals die Handhabbarkeit der solchermaßen gestalteten Kraftstoff-Pumpeinrichtung. Dabei ist ein solches fluiddichtes Gehäuse bereits bisher für die Kraftstoffpumpe erforderlich, so dass dies nicht oder kaum zu Mehrkosten führt. Indem auch der Antriebsmotor in dem fluiddichten Gehäuse untergebracht wird, wird sichergestellt, dass der Antriebsmotor vor Verschmutzung von außen geschützt ist. Somit können weniger verschmutzungstolerante, jedoch leistungsfähige Elektromotoren verwendet werden, was nochmals der Leistungsfähigkeit der Kraftstoff-Pumpeinrichtung zugute kommt. Auch die Lebensdauer der Kraftstoff-Pumpeinrichtung wird durch diese Maßnahme verbessert.
Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Pumpeinrichtung wird auch dadurch verbessert, dass die sonst erforderliche Wellenabdichtung von der Kraftstoffpumpe zum Antriebsmotor hin entfallen kann. Eine solche Wellenabdichtung ist immer mit einer gewissen Reibung und einer gewissen Leckage verbunden, was beides den Wirkungsgrad der Kraftstoffpumpe verringert. Der Entfall der Wellenabdichtung reduziert ferner die Kosten.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Pumpeinrichtung sind in Unteransprüchen angegeben.
So wird beispielsweise vorgeschlagen, dass die Kraftstoffpumpe eine Antriebswelle mit mindestens einem Lager umfasst, welche gleichzeitig eine Rotorwelle des Antriebsmotors ist. Eine solchermaßen gestaltete Kraftstoff-Pumpeinrichtung baut sehr kompakt, da auf separate Wellen einerseits für die Kraftstoffpumpe und andererseits für den Antriebsmotor verzichtet wird. Auch sind zur Lagerung der Antriebswelle bzw. der Rotorwelle insgesamt weniger Lager notwendig, was zu geringeren Abmessungen und geringeren Herstellkosten der Kraftstoff-Pumpeinrichtung führt.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn eine, vorzugsweise fluiddichte, Abdeckung vorhanden ist, durch welche das Lager vor Partikeln geschützt wird, welche vom Antriebsmotor kommen. Hierdurch wird die Lebensdauer des Lagers erhöht und das Lager muss insgesamt weniger robust ausgelegt werden, was insgesamt nochmals die Abmessungen und Kosten der Kraftstoff-Pumpeinrichtung reduziert.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Pumpeinrichtung wird der Innenraum des Gehäuses der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit vom Kraftstoff wenigstens im Bereich des Antriebsmotors durchströmt. Dies hat den Vorteil, dass der Antriebsmotor durch den Kraftstoff gekühlt wird, was dessen Wirkungsgrad verbessert.
Dabei wird besonders bevorzugt, wenn die Strömungsführung im Innenraum des Gehäuses der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit so ausgebildet ist, dass der Kraftstoff zunächst den Antriebsmotor wenigstens bereichsweise durchströmt und dann zur Kraftstoffpumpe gelangt, und dass im Strömungsweg zwischen Antriebsmotor und Kraftstoffpumpe eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Sieb, vorhanden ist.
Bei dieser Kraftstoff-Pumpeinrichtung wird der Antriebsmotor optimal gekühlt, was sich auf dessen Wirkungsgrad vorteilhaft auswirkt und was insgesamt die Förderleistung der Kraftstoff-Pumpeinrichtung verbessert. Dabei wird verhindert, dass es in den Strömungskanälen der Kraftstoffpumpe oder an deren Ventileinrichtungen zu Verstopfungen kommt. Diese könnten von Teilen verursacht werden, welche sich beispielsweise von den aus einem spröden Werkstoff hergestellten Magneten des Antriebsmotors ablösen. Bei dieser Weiterbildung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Pumpeinrichtung ist der hohe Wirkungsgrad also über die gesamte Lebensdauer der Einrichtung vorhanden.
Besonders kompakt baut auch jene Weiterbildung, bei welcher die Antriebswelle der Kraftstoffpumpe einen Exzenderabschnitt aufweist und ein um den Exzenderabschnitt herum angeordneter Hubring und für jeden Kolben ein mit dem Kolben verbundener und am Hubring anliegender Gleitschuh vorhanden sind, wobei in der radial äußeren Umfangsfläche des Hubrings eine umlaufende Nut und im Gleitschuh und im Kolben ein radial verlaufender Kanal vorhanden sind. Die Nut und die Kanäle können auf einfache und preisgünstige Art und Weise eingebracht werden. Durch die Nut und die Kanäle kann der Kraftstoff mit geringerem Strömungswiderstand geführt werden. Das Einbringen komplexer Bohrungen beispielsweise in einen Zylinderkopf der Radialkolbenpumpe entfällt somit. Hierdurch werden zusätzlich die Kosten gering gehalten.
In die gleiche Richtung zielt jene Kraftstoff-Pumpeinrichtung, bei welcher die Kraftstoff-Pumpe ein im Kolben angeordnetes Saugventil umfasst. Auch diese Maßnahme reduziert die Abmessungen der Kraftstoff-Pumpeinrichtung und die Kosten für deren Herstellung.
Vorgeschlagen wird ferner, dass mindestens das Ventilelement des Saugventils aus einem keramischen Material hergestellt ist. Ein solches keramisches Ventilelement baut relativ leicht, was Vorteile im Hinblick auf die Ventildynamik hat. Ferner ist ein solches Ventilelement unempfindlich gegenüber Verschleiß, so dass die Lebensdauer der solchermaßen ausgestalteten Kraftstoff-Pumpeinrichtung hoch ist.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Kraftstoff-Pumpeinrichtung umfasst diese ein elektronisches Steuerteil, welches den Antriebsmotor ansteuert, mit einem Steuerteilgehäuse, welches an dem Gehäuse der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit mit mindestens einem Befestigungsmittel befestigt ist. Eine elektronische Ansteuerung ist für die meisten Arten von Antriebsmotoren ohnehin erforderlich, um die für den Antrieb erforderlichen Signale in der gewünschten Weise bereitstellen zu können. Dadurch, dass die Elektronik in einem separatem Steuerteil untergebracht ist, kann sie optimal vormontiert werden. Insbesondere können bei der Vormontage solche Montagebedingungen eingehalten werden, welche für das fehlerfreie Funktionieren der Steuerelektronik erforderlich sind. Anschließend kann das Steuerteilgehäuse des Steuerteils am Gehäuse der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit befestigt werden. Geschieht dies noch vor deren Montage an der Brennkraftmaschine, werden die Montagearbeiten an der Brennkraftmaschine vereinfacht.
Dabei wird wiederum bevorzugt, dass das Befestigungsmittel die Wand des Gehäuses der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit durchdringt, und dass das Befestigungsmittel gegenüber dem Gehäuse der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit durch ein Dichtmittel abgedichtet ist. Dadurch, dass das Befestigungsmittel die Wand des Gehäuses der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit durchdringt, wird eine besonders sichere und stabile Befestigung des Steuerteilgehäuses ermöglicht. Durch das erfindungsgemäß vorgesehene Dichtmittel wird gleichzeitig sichergestellt, dass Kraftstoff, welcher in dem Gehäuse vorhanden ist, aus diesem nicht zum Steuerteil hin austreten kann.
Dabei wird ferner bevorzugt, wenn elektrische Leitungen, welche vom Steuerteil zum Antriebsmotor führen, mit dem Befestigungsmittel verbunden sind. Die Verbindung der Steuerelektronik mit dem Antriebsmotor ist auf diese Weise einfach möglich. Dabei können die Leitungen beispielsweise in dem Befestigungsmittel vergossen oder an diesem angeschweißt oder verlötet sein, so dass die Dichtheit zwischen dem Steuerteilgehäuse und dem Gehäuse des Antriebsmotors und der Kraftstoffpumpe gewährleistet ist.
Ferner ist vorteilhaft, wenn vom Befestigungsmittel, vorzugsweise zwischen dem Steuerteilgehäuse und dem Gehäuse der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit, ein Entgasungskanal nach außen führt. Hierdurch wird sichergestellt, dass dann, wenn Kraftstoffgase, welche am Dichtmittel vorbei oder durch dieses hindurch aus dem Innenraum des Gehäuses des Antriebsmotors und der Kraftstoffpumpe nach außen gelangen, von der empfindlichen Steuerelektronik ferngehalten und statt dessen in die Umgebung abgeleitet werden.
Die Montage der Kraftstoff-Pumpeinrichtung wird nochmals dadurch vereinfacht, dass das Gehäuse der aus der Kraftstoffpumpe und dem Antriebsmotor gebildeten Einheit mindestens zwei Teile umfasst, welche fluiddicht miteinander verbunden sind, wobei zum einen Teil die Kraftstoffpumpe und ein mit der Antriebswelle verbundener Rotor und zum anderen Teil der Stator gehört. Beide Teile können somit unabhängig voneinander in ggf. unterschiedlichen Fertigungsstätten vormontiert werden. Die Endmontage ist dennoch sehr einfach.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, mit einer ersten Kraftstoffpumpe, welche Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Pumpeinrichtung fördert, die eine zweite Kraftstoffpumpe und einen mit dieser verbundenen elektrischen Antriebsmotor umfasst, und mit einem Hochdruckbereich, in den die zweite Kraftstoffpumpe fördert und an den mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung angeschlossen ist.
Um den Aufbau des Kraftstoffsystems zu vereinfachen, die Montage der Komponenten des Kraftstoffsystems sicherer und preiswerter zu gestalten und die Leistungsfähigkeit des Kraftstoffsystems zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine Radialkolbenpumpe ist und der Antriebsmotor und die zweite Kraftstoffpumpe eine Einheit mit einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse bilden.
Zeichnung
Nachfolgend wird ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung, welche eine Kraftstoff-Pumpeinrichtung umfasst; und
Figur 2
eine teilweise geschnittene Darstellung durch die Kraftstoff-Pumpeinrichtung von Figur 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 trägt ein Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Brennkraftmaschine ist in Figur 1 nur zum Teil dargestellt und trägt das Bezugszeichen 12.
Das Kraftstoffsystem 10 umfasst einen Kraftstoffbehälter 14, aus dem eine Kraftstoffpumpe 16 den Kraftstoff fördert. Diese wird von einem elektrischen Antriebsmotor 18 angetrieben. Die Kraftstoffpumpe 16 fördert den Kraftstoff über einen Filter 19 zu einer Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20. Diese umfasst ein Gehäuse 22, in dem ein elektrischer Antriebsmotor 24 und eine Radialkolbenpumpe 26 untergebracht sind. Am Gehäuse 22 ist ein elektronisches Steuerteil 28 befestigt. Auf den genauen Aufbau der Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20 wird weiter unten im Detail eingegangen.
Die Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20 fördert den Kraftstoff unter sehr hohem Druck in eine zu einem Hochdruckbereich gehörende Kraftstoff-Sammelleitung 30 ("rail"), in der der Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert ist. An diese sind mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 32 angeschlossen. Diese spritzen den Kraftstoff direkt in entsprechende Brennräume 34 der Brennkraftmaschine 12 ein. Der Druck in der Kraftstoff-Sammelleitung 30 wird von einem Drucksensor 36 erfasst. Er liefert entsprechende Signale an ein Steuer- und Regelgerät 38. Von diesem führen wiederum Steuerleitungen zum elektronischen Steuerteil 28 der Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20 und zum elektrischen Antriebsmotor 18, welcher die Kraftstoffpumpe 16 antreibt.
Die Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20 ist wie folgt aufgebaut (Figur 2): Das Gehäuse 22 ist zweiteilig mit einem in Figur 2 linken Teil 40 und einem in Figur 2 rechten Teil 42. Das linke Gehäuseteil 40 ist blockartig ausgeführt und hat im Wesentlichen kreiszylindrische, scheibenartige Form. Koaxial zu seiner Längsachse 44 ist in Figur 2 von rechts in das linke Gehäuseteil 40 ein Sackloch 45 eingebracht. In dieses münden mehrere, über den Umfang verteilt angeordnete, radial verlaufende und nach außen offene Sacklöcher 46. In diesen befinden sich die Zylinder der Radialkolbenpumpe 26. In der Schnittebene von Figur 2 ist nur ein solcher Zylinder sichtbar. Die in radialer Richtung verlaufenden Sacklöcher 46 sind jeweils durch eine Öffnung 47 mit dem elektrischen Antriebsmotor 24 fluidisch verbunden. In den Öffnungen 47 ist jeweils ein Siebeinsatz 49 vorhanden.
In das Sackloch 45 sind zwei Wälzlager 48 bzw. 50 eingesetzt, durch welche eine Antriebswelle 52 gegenüber dem linken Gehäuseteil 40 reibungsarm gelagert ist. An dem stationären Teil des rechten Wälzlagers 50 ist zum elektrischen Antriebsmotor 24 hin ein Abdeckring 53 befestigt. Durch diesen wird das Wälzlager 50 vor Partikeln geschützt, welche im Betrieb vom elektrischen Antriebsmotor 24 herrühren können. Die Antriebswelle 52 weist einen in Einbaulage auf Höhe des Sacklochs 46 liegenden Exzenterabschnitt 54 auf. Auf diesen ist wiederum ein Hubring 56 aufgesetzt. Im Bereich eines Zylinders ist die äußere Mantelfläche des Hubrings 56 jeweils abgeflacht.
In das radial verlaufende Sackloch 46 eines Zylinders ist eine Laufbuchse 58 eingesetzt. In dieser ist wiederum ein Kolben 60 in radialer Richtung verschieblich aufgenommen. Am radial inneren Ende des Kolbens 60 ist ein Gleitschuh 62 befestigt. Dieser wird von einer Druckfeder 64, die sich an der Laufbuchse 58 abstützt, gegen den Hubring 56 beaufschlagt. In der äußeren, bereichsweise abgeflachten Mantelfläche des Hubrings 56 ist eine durchgehende Nut 66 vorhanden. Mit dieser steht eine Bohrung 68 im Gleitschuh 62 und eine koaxial im Kolben 60 verlaufende Bohrung 70 in Verbindung.
Die Bohrung 70 im Kolben 60 hat in ihrem radial äußeren Bereich einen größeren Durchmesser als im radial inneren Bereich. Im Übergang zwischen diesen beiden Bereichen ist eine schräge Übergangsfläche (ohne Bezugszeichen) vorhanden, welche einen Ventilsitz für eine Ventilkugel 72 eines Saugventils 74 bildet. Die Ventilkugel 72 ist aus einem keramischen Material hergestellt und wird von einer Druckfeder (ohne Bezugszeichen) gegen den Ventilsitz beaufschlagt. Zwischen dem Kolben 60 und einem das Sackloch 46 nach radial außen verschließenden Zylinderkopf 76 ist ein Arbeitsraum 78 vorhanden. Über ein als Flachsitzventil ausgebildetes Druckventil 80 kann der Arbeitsraum 78 mit einem im linken Gehäuseteil 40 vorhanden Auslasskanal 82 verbunden werden. Dieser führt weiter zur Kraftstoff-Sammelleitung 30.
Die Antriebswelle 52 der Radialkolbenpumpe 26 steht in Figur 2 nach rechts etwas über die Grenzfläche des linken Gehäuseteils 40 über und bildet hier eine Rotorwelle 84 eines Rotors 86 des elektrischen Antriebsmotors 24. Der Rotor 86 ist an der Rotorwelle 84 durch eine Schraube 88 befestigt und gegenüber dieser durch eine Sperrscheibe 90 drehfest gesichert. Der Rotor 86 hat Becherform. Auf seine radial äußere Mantelfläche sind Magnete 92 aufgebracht.
Das rechte Gehäuseteil 42 ist ebenfalls becherförmig. Es ist gegenüber dem linken Gehäuseteil 40 über einen O-Ring 93 abgedichtet. An seiner radial inneren Mantelfläche sind Wicklungen 94 des Antriebsmotors 24 befestigt. Der Innenraum des rechten Gehäuseteils 42 ist über einen nicht dargestellten Einlass mit der ersten Kraftstoffpumpe 16 verbunden.
In Figur 2 rechts vom rechten Gehäuseteil 42 befindet sich das elektrische Steuerteil 28. Dieses umfasst ein Gehäuse 96, in dem elektronische Komponenten 98 untergebracht sind, welche für die Ansteuerung der Wicklungen 94 des elektrischen Antriebsmotors 24 der Radialkolbenpumpe 26 erforderlich sind. Die elektronischen Komponenten 98 werden wiederum vom Steuer- und Regelgerät 38 angesteuert. Das Steuerteilgehäuse 96 ist am rechten Gehäuseteil 42 durch einen Schraubbolzen 100 befestigt. Dieser ist in zwei Hülsen 102 und 104 geführt, zwischen denen ein O-Ring 106 in Einbaulage verpresst ist. Die Länge der Hülsen 102 und 104 ist dabei so gewählt, dass der O-Ring 106 noch im Bereich des rechten Gehäuseteils 42 liegt. Der Innenraum des rechten Gehäuseteils 42 ist somit fluiddicht abgeschlossen.
Im Schraubbolzen 100 werden Stromleitungen 108 von den Wicklungen 94 zu den elektronischen Komponenten 98 geführt. Die Stromleitungen 108 sind ggf. am Schraubbolzen 100 angeschweißt oder verlötet. Zwischen dem Steuerteilgehäuse 96 und dem rechten Gehäuseteil 42 führt vom Schraubbolzen 100 in Form einer Nut außen auf dem Gehäuseteil 42 ein Entgasungskanal 110 radial nach außen. Durch diesen werden im Betrieb Gase, welche aus dem rechten Gehäuseteil 42 durch den O-Ring 106 hindurch gelangen, von den elektronischen Komponenten 98 ferngehalten und nach radial außen abgeleitet.
Im Betrieb wird der Kraftstoff von der ersten Kraftstoffpumpe 16 auf ungefähr 4 bis 6 bar verdichtet. Er gelangt mit diesem Druck in den Innenraum des rechten Gehäuseteils 42. Über die elektronischen Komponenten wird der elektrische Antriebsmotor 18 vom Steuer- und Regelgerät 38 in Drehung versetzt, wodurch auch die Antriebswelle 52 in eine Drehbewegung, der Hubring 56 in eine umlaufende Hubbewegung und die Kolben 60 in eine Hin- und Herbewegung versetzt werden. Der Kraftstoff durchströmt den Innenraum des rechten Gehäuseteils 42, kühlt dabei die Komponenten des Antriebsmotors 24 und auch jene der Leistungselektronik 98, und gelangt dann durch die Öffnungen 47, die Nut 66 im Hubring 56, und die Bohrungen 68 und 70 im Gleitschuh 62 und im Kolben 60 in den Arbeitsraum 78. Durch die Siebe 49 in den Öffnungen 47 werden Verunreinigung vom Arbeitsraum 78 ferngehalten. Vom Arbeitsraum 78 gelangt der Kraftstoff weiter über den Auslasskanal 82 zur Kraftstoff-Sammelleitung 30.
Die Kraftstoff-Pumpeinrichtung 20 wird folgendermaßen montiert: Zunächst wird das linke Gehäuseteil 40 mit den Komponenten der Radialkolbenpumpe 26 vormontiert. Der Rotor 86 des elektrischen Antriebsmotors 24 wird dabei bereits auf der Rotorwelle 84 befestigt. Gleichzeitig kann, ggf. in einem anderen Montagewerk, das rechte Gehäuseteil 42 mit den Wicklungen 94 vormontiert werden. Auch die Montage des Steuerteilgehäuses 96 und die Verbindung der Wicklungen 94 mit den elektronischen Komponenten 98 im Steuerteilgehäuse 96 ist hier möglich.
Dann erfolgt die Endmontage, bei der das rechte Gehäuseteil 42 mit den Wicklungen 94 über den Rotor 86 geschoben und am linken Gehäuseteil 40 befestigt wird. Auf diese Weise entsteht eine integrale und kompakte Einheit, welche die Radialkolbenpumpe 26 zur Erzeugung sehr hoher Förderdrücke, den hinzugehörigen elektrischen Antriebsmotor 24 zur Erzeugung hoher Drehzahlen, und das elektrische Steuerteil 28 zur Ansteuerung des elektrischen Antriebsmotors 24 umfasst.

Claims (14)

  1. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) für ein Kraftstoffsystem (10) einer Brennkraftmaschine (12), insbesondere mit Direkteinspritzung, mit einer Kraftstoffpumpe (26) und einem mit dieser verbundenen elektrischen Antriebsmotor (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe eine Radialkolbenpumpe (26) ist und der Antriebsmotor (24) und die Kraftstoffpumpe (26) eine Einheit mit einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse (22) bilden.
  2. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (26) eine Antriebswelle (52) mit mindestens einem Lager (48, 50) umfasst, welche gleichzeitig eine Rotorwelle (84) des Antriebsmotors (24) bildet.
  3. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise fluiddichte, Abdeckung (53) vorhanden ist, durch welche das Lager (50) vor Partikeln geschützt wird, welche vom Antriebsmotor (24) kommen.
  4. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum des Gehäuses (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit vom Kraftstoff wenigstens im Bereich des Antriebsmotors (24) durchströmt wird.
  5. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsführung im Innenraum des Gehäuses (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit so ausgebildet ist, dass der Kraftstoff zunächst den Antriebsmotor (24) wenigstens bereichsweise durchströmt und dann zur Kraftstoffpumpe (26) gelangt, und dass im Strömungsweg zwischen Antriebsmotor (24) und Kraftstoffpumpe (26) eine Filtereinrichtung, insbesondere ein Sieb (49), vorhanden ist.
  6. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (52) der Kraftstoffpumpe (26) einen Exzenterabschnitt (54) aufweist und ein um den Exzenterabschnitt (54) herum angeordneter Hubring (56) und für jeden Kolben (60) ein mit dem Kolben (60) verbundener und am Hubring (56) anliegender Gleitschuh (62) vorhanden sind, wobei in der radial äußeren Umfangsfläche des Hubrings (56) eine durchgehende Nut (66) und im Gleitschuh (62) und im Kolben (60) ein radial verlaufender Kanal (68, 70) vorhanden sind.
  7. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (26) ein im Kolben (60) angeordnetes Saugventil (74) umfasst.
  8. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das Ventilelement (72) des Saugventils (74) aus einem keramischen Material hergestellt ist.
  9. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein elektronisches Steuerteil (28) umfasst, welches den Antriebsmotor (24) ansteuert, mit einem Steuerteilgehäuse (96), welches an dem Gehäuse (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten. Einheit mit mindestens einem Befestigungsmittel (100) befestigt ist.
  10. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (100) die Wand des Gehäuses (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit durchdringt, und dass das Befestigungsmittel (100) gegenüber dem Gehäuse (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit durch ein Dichtmittel (106) abgedichtet ist.
  11. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Leitungen (108), welche vom Steuerteil (28) zum Antriebsmotor (24) führen, mit dem Befestigungsmittel (100) verbunden sind.
  12. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass vom Befestigungsmittel (100), vorzugsweise zwischen dem Steuerteilgehäuse (96) und dem Gehäuse (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit, ein Entgasungskanal (110) nach außen führt.
  13. Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) der aus der Kraftstoffpumpe (26) und dem Antriebsmotor (24) gebildeten Einheit mindestens zwei Teile (40, 42) umfasst, welche fluiddicht miteinander verbunden sind, wobei zum einen Teil (40) die Kraftstoffpumpe (26) und ein mit der Antriebswelle (52) verbundener Rotor (86) und zu dem anderen Teil (42) der Stator (94) gehört.
  14. Kraftstoffsystem (10) für eine Brennkraftmaschine (12), insbesondere mit Direkteinspritzung, mit einer ersten Kraftstoffpumpe (16), welche Kraftstoff zu einer Kraftstoff-Pumpeinrichtung (20) fördert, die eine zweite Kraftstoffpumpe (26) und einen mit dieser verbundenen elektrischen Antriebsmotor (24) umfasst, und mit einem Hochdruckbereich (30), in den die zweite Kraftstoffpumpe (26) fördert und an den mindestens eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung (32) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraftstoffpumpe eine Radialkolbenpumpe (26) ist und der Antriebsmotor (24) und die zweite Kraftstoffpumpe (26) eine Einheit mit einem gemeinsamen fluiddichten Gehäuse (22) bilden.
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