EP1314882A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

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EP1314882A1
EP1314882A1 EP02020978A EP02020978A EP1314882A1 EP 1314882 A1 EP1314882 A1 EP 1314882A1 EP 02020978 A EP02020978 A EP 02020978A EP 02020978 A EP02020978 A EP 02020978A EP 1314882 A1 EP1314882 A1 EP 1314882A1
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Bernd Wiemann
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M59/04—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by special arrangement of cylinders with respect to piston-driving shaft, e.g. arranged parallel to that shaft or swash-plate type pumps
    • F02M59/06—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by special arrangement of cylinders with respect to piston-driving shaft, e.g. arranged parallel to that shaft or swash-plate type pumps with cylinders arranged radially to driving shaft, e.g. in V or star arrangement
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    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F04B1/0426—Arrangements for pressing the pistons against the actuated cam; Arrangements for connecting the pistons to the actuated cam

Definitions

  • the invention relates to a high pressure pump for fuel supply of fuel injection systems for internal combustion engines, in particular of common rail injection systems, according to in the preamble of claim 1 closer defined type.
  • a generic high-pressure pump is from the MTZ 58 (1997) S. 572 and DE 197 56 087 A1.
  • the principal Mode of action of this high-pressure pump is for the common-rail principle working internal combustion engines very well suited
  • the special construction ensures the same not a perfect function in all operating states, so that it is quite damaging the high-pressure pump and possibly even damage to the Internal combustion engine can come.
  • a high-pressure pump for fuel supply of fuel injection systems for internal combustion engines which provide a has very high reliability in operation and the Advantages of the principle mode of action generic Maintains high pressure pumps.
  • the high pressure pump 1 has a drive shaft 2, the Drive offset by three in the present case by 120 ° to each other Piston 3 is provided. Since the high-pressure pump 1 is symmetrical is executed, the following applies to one of the three pistons 3 explained also for the other two pistons 3. In this context, it is of course possible on the circumference of the drive shaft 2 a larger or smaller Number of piston 3 to install.
  • the pistons 3 are provided for the compression of fuel, the subsequently a high-pressure accumulator, not shown is supplied.
  • the high pressure pump 1 is used for fuel supply a fuel injection system, not shown for an internal combustion engine, also not shown, especially for a common rail injection system, which also is described in DE 197 56 087 A1.
  • the drive shaft 2 for example, by a crank mechanism the internal combustion engine are driven. Alternatively it is also, a connection of the drive shaft 2 directly with a Camshaft of the internal combustion engine or a perfect separate drive of the same conceivable.
  • the drive shaft 2 with the Piston 3 In the area in which the drive shaft 2 with the Piston 3 is in operative connection, it is eccentric, i.e. it has an eccentric shaft section 2a on.
  • the shaft portion 2a is at its periphery with a so-called polygon ring 4 provided in the present case has three flats 5, which directly with the piston 3 in contact.
  • the polygon ring 4 has a the number of pistons 3 corresponding number of flats 5 on.
  • the polygon ring 4 is opposite the drive shaft. 2 rotatable and brings in this way one in the radial direction acting force on the piston 3, thereby successively to perform an oscillating movement.
  • each piston plates 6 which have a recess 7 in which a first section 8 of the piston 3 is mounted.
  • the piston plates 6 lead the Polygon ring 4 in its movement.
  • Each piston 3 is the further associated with a spring element 9, the provision the respective piston 3 is used.
  • the piston 3 has in addition to the with the polygon ring 4 in connection standing section 8 more piston sections 10, 11th and 12 on. This sets the largest diameter of the piston 3, that of the piston portion 12, the delivery volume the high-pressure pump 1 at a certain speed and a certain stroke.
  • the high pressure pump 1 then works optimally when each piston 3 is exactly perpendicular to the associated piston plate 6 and not tilted. Due to the free mobility of the polygon ring 4 in operation, however, such a tilt can quite occur and is not always prevent how this also Fig. 2 shows. For this reason, the in the Recess 7 mounted portion 8 of the piston 3 and thus also the recess 7 itself a larger diameter than the subsequent section 10 of the piston 3.
  • the diameter of section 8 depends on the loads from which the high pressure pump 1 exposed is. Furthermore, created by this enlarged diameter of section 8 a circumferential projection 13, on which a bracket 14 is supported as an assembly aid for the Piston plate 6 with the piston 3 is used and not in Fig. 1 is shown.
  • the recess 7 facing portion 8 of the piston 3 is provided with a radius 15, in general 10 to 50 times the diameter of section 8 is so much smaller than before. To this Way is achieved that in case of a possible tilting the Piston 3 against the polygon ring 4 of the piston 3 faster returns to its basic position, since the restoring force this is greater. In general, the radius should be less being 45 times the diameter of section 8, to achieve this effect. In Fig. 2, the radius is 15th however, shown greatly enlarged.
  • the diameter of the piston 3 is in a range between 8 - 10 mm and the radius is 15 about 200 mm, so that the radius 15 about 20 to 25 times the diameter of the piston 3 is, which is the practice very well suited. If the diameter of section 8 is larger, consequently, the radius 15 is larger.

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Abstract

Eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung von Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Common-Rail-Einspritzsystemen, weist eine Antriebswelle und wenigstens zwei von der Antriebswelle bewegbare Kolben zur Verdichtung des Kraftstoffes auf. Zwischen der Antriebswelle und den wenigstens zwei Kolben ist jeweils eine Kolbenplatte angeordnet, die eine Aussparung aufweist, in der ein Abschnitt des Kolbens gelagert ist. Die Aussparung und der der Aussparung zugewandte Abschnitt des Kolbens weisen einen größeren Querschnitt auf als ein nachfolgender, von der Kolbenplatte abgewandter Abschnitt des Kolbens. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung von Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Common-Rail-Einspritzsystemen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Eine gattungsgemäße Hochdruckpumpe ist aus der MTZ 58 (1997) S. 572 bzw. der DE 197 56 087 A1 bekannt. Die prinzipielle Wirkungsweise dieser Hochdruckpumpe ist für nach dem Common-Rail-Prinzip arbeitende Brennkraftmaschinen sehr gut geeignet, die spezielle Konstruktion derselben gewährleistet jedoch nicht in allen Betriebszuständen eine einwandfreie Funktion, so dass es durchaus zu Beschädigungen der Hochdruckpumpe und in Folge dessen eventuell sogar zu Beschädigungen der Brennkraftmaschine kommen kann.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung von Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen zu schaffen, welche eine sehr hohe Zuverlässigkeit im Betrieb aufweist und dabei die Vorteile der prinzipiellen Wirkungsweise gattungsgemäßer Hochdruckpumpen beibehält.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Vergrößerung des in der Aussparung der Kolbenplatte untergebrachten Abschnitts des Kolbens gegenüber dem restlichen Teil des Kolbens werden im Betrieb der Hochdruckpumpe auftretende Verkippungen der Kolbenplatte gegenüber dem Kolben sehr viel besser aufgenommen, was insgesamt zu einer erheblich geringeren Verkippung des Kolbens führt. Dies ermöglicht einen bezüglich auftretender Störungen erheblich verbesserten Betrieb der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe und lässt des weiteren eine Vergrößerung des möglichen Betriebsbereiches der Hochdruckpumpe zu.
Eine weitere Lösung der Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruches 3.
Dadurch, dass der Radius des der Aussparung zugewandten Abschnittes des Kolbens das 10- bis 50-fache des Durchmessers des Abschnittes beträgt und damit erheblich geringer ist als bisher, ergibt sich auch hierdurch eine geringere Möglichkeit zur Verkippung des Kolbens, was die bereits oben erwähnten Vorteile mit sich bringt.
In der Praxis hat sich eine Kombination der beiden erfindungsgemäßen Lösungen als besonders vorteilhaft bezüglich der Zuverlässigkeit und des möglichen Betriebsbereiches der Hochdruckpumpe erwiesen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.
Es zeigt:
Fig. 1
einen Teil der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe; und
Fig. 2
eine vergrößerte Darstellung der Hochdruckpumpe aus Fig. 1.
Der prinzipielle Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Hochdruckpumpe 1 ist aus der DE 197 56 087 A1 bekannt, weshalb im folgenden nur kurz auf die prinzipielle Wirkungsweise derselben eingegangen wird. Außerdem sind nicht alle zur Funktion der Hochdruckpumpe 1 erforderlichen Bauteile dargestellt. Hierzu wird ebenfalls auf die DE 197 56 087 A1 verwiesen.
Die Hochdruckpumpe 1 weist eine Antriebswelle 2 auf, die zum Antrieb von im vorliegenden Fall drei um 120° zueinander versetzte Kolben 3 vorgesehen ist. Da die Hochdruckpumpe 1 symmetrisch ausgeführt ist, gilt das im folgenden für einen der drei Kolben 3 erläuterte auch für die anderen beiden Kolben 3. In diesem Zusammenhang ist es selbstverständlich möglich, am Umfang der Antriebswelle 2 eine größere oder auch eine geringere Anzahl an Kolben 3 anzubringen.
Die Kolben 3 sind zur Verdichtung von Kraftstoff vorgesehen, der anschließend einem nicht dargestellten Hochdruckspeicher zugeführt wird. Die Hochdruckpumpe 1 dient zur Kraftstoffversorgung eines nicht dargestellten Kraftstoffeinspritzsystems für eine ebenfalls nicht dargestellte Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem, welches ebenfalls in der DE 197 56 087 A1 beschrieben ist.
Die Antriebswelle 2 kann beispielsweise von einem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine angetrieben werden. Alternativ ist auch eine Verbindung der Antriebswelle 2 unmittelbar mit einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine oder ein vollkommen separater Antrieb derselben denkbar.
In demjenigen Bereich, in dem die Antriebswelle 2 mit den Kolben 3 in Wirkverbindung steht, ist sie exzentrisch ausgebildet, d.h. sie weist einen exzentrischen Wellenabschnitt 2a auf. Der Wellenabschnitt 2a ist an seinem Umfang mit einem sogenannten Polygonring 4 versehen, der im vorliegenden Fall drei Abflachungen 5 aufweist, die unmittelbar mit den Kolben 3 in Kontakt stehen. Allgemein weist der Polygonring 4 eine der Anzahl der Kolben 3 entsprechende Anzahl an Abflachungen 5 auf. Der Polygonring 4 ist gegenüber der Antriebswelle 2 verdrehbar und bringt auf diese Weise eine in radialer Richtung wirkende Kraft auf die Kolben 3 auf, wodurch diese nacheinander eine oszillierende Bewegung ausführen.
Wie in der vergrößerten Darstellung gemäß Fig. 2 besser erkennbar ist, sind zwischen den Kolben 3 und der Antriebswelle 2 bzw. dem Polygonring 4 jeweils Kolbenplatten 6 angeordnet, die eine Aussparung 7 aufweisen, in der ein erster Abschnitt 8 des Kolbens 3 gelagert ist. Die Kolbenplatten 6 führen den Polygonring 4 bei seiner Bewegung. Jedem Kolben 3 ist des weiteren ein Federelement 9 zugeordnet, der zur Rückstellung des jeweiligen Kolbens 3 dient.
Der Kolben 3 weist neben dem mit dem Polygonring 4 in Verbindung stehenden Abschnitt 8 weitere Kolbenabschnitte 10, 11 und 12 auf. Hierbei legt der größte Durchmesser des Kolbens 3, also derjenige des Kolbenabschnitts 12, das Fördervolumen der Hochdruckpumpe 1 bei einer bestimmten Drehzahl und einem bestimmten Hub fest.
Die Hochdruckpumpe 1 arbeitet dann optimal, wenn jeder Kolben 3 genau senkrecht zu der zugehörigen Kolbenplatte 6 steht und nicht verkippt ist. Durch die freie Beweglichkeit des Polygonrings 4 im Betrieb kann eine solche Verkippung allerdings durchaus auftreten und ist nicht immer zu verhindern, wie dies auch Fig. 2 zeigt. Aus diesem Grund weisen der in der Aussparung 7 gelagerte Abschnitt 8 des Kolbens 3 und somit auch die Aussparung 7 selbst einen größeren Durchmesser als der nachfolgende Abschnitt 10 des Kolbens 3 auf.
Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass der Punkt, an dem die Kraft von der Kolbenplatte 6 auf den Kolben 3 übertragen wird, in jeder Winkellage des Kolbens 3 auf demselben liegt. Hierdurch ergibt sich in jedem Betriebszustand eine sichere Übertragung der Bewegung des Polygonrings 4 auf die Kolben 3. Der Durchmesser des Abschnittes 8 hängt dabei von den Belastungen ab, denen die Hochdruckpumpe 1 ausgesetzt ist. Des weiteren entsteht durch diesen vergrößerten Durchmesser des Abschnitts 8 ein umlaufender Vorsprung 13, an dem sich eine Klammer 14 abstützt, die als Montagehilfe für die Kolbenplatte 6 mit dem Kolben 3 dient und in Fig. 1 nicht dargestellt ist.
Des weiteren ist der der Aussparung 7 zugewandte Abschnitt 8 des Kolbens 3 mit einem Radius 15 versehen, der im allgemeinen das 10- bis 50-fache des Durchmessers des Abschnitts 8 beträgt, also sehr viel kleiner als bisher ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einem eventuellen Verkippen der Kolben 3 gegenüber dem Polygonring 4 der Kolben 3 schneller in seine Grundstellung zurückkehrt, da die Rückstellkraft hierfür größer ist. Im allgemeinen sollte der Radius weniger als das 45-fache des Durchmessers des Abschnitts 8 betragen, um diese Wirkung zu erreichen. In Fig. 2 ist der Radius 15 allerdings stark vergrößert dargestellt.
Im vorliegenden Fall liegt der Durchmesser des Kolbens 3 in einem Bereich zwischen 8 - 10 mm und der Radius 15 beträgt ca. 200 mm, so dass der Radius 15 ca. das 20- bis 25-fache des Durchmessers des Kolbens 3 beträgt, was für die Praxis sehr gut geeignet ist. Wenn der Durchmesser des Abschnitts 8 größer ist, ist folglich auch der Radius 15 größer.

Claims (6)

  1. Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung von Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Common-Rail-Einspritzsystemen, mit einer Antriebswelle und mit wenigstens zwei von der Antriebswelle bewegbaren Kolben zur Verdichtung des Kraftstoffes, wobei zwischen der Antriebswelle und den wenigstens zwei Kolben jeweils eine Kolbenplatte angeordnet ist, die eine Aussparung aufweist, in der ein Abschnitt des Kolbens gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aussparung (7) und der der Aussparung (7) zugewandte Abschnitt (8) des Kolbens (3) einen größeren Querschnitt aufweisen als ein nachfolgender, von der Kolbenplatte (6) abgewandter Abschnitt (10) des Kolbens (3).
  2. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der der Aussparung (7) zugewandte Abschnitt (8) des Kolbens (3) an seiner der Kolbenplatte (6) zugewandten Seite einen Radius (15) aufweist, der das 10- bis 50-fache des Durchmessers des Abschnittes (8) beträgt.
  3. Hochdruckpumpe zur Kraftstoffversorgung von Kraftstoffeinspritzsystemen für Brennkraftmaschinen, insbesondere von Common-Rail-Einspritzsystemen, mit einer Antriebswelle und mit wenigstens zwei von der Antriebswelle bewegbaren Kolben zur Verdichtung des Kraftstoffes, wobei zwischen der Antriebswelle und den wenigstens zwei Kolben jeweils eine Kolbenplatte angeordnet ist, die eine Aussparung aufweist, in der ein Abschnitt des Kolbens gelagert ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der der Aussparung (7) zugewandte Abschnitt (8) des Kolbens (3) an seiner der Kolbenplatte (6) zugewandten Seite einen Radius (15) aufweist, der das 10- bis 50-fache des Durchmessers des Abschnittes (8) beträgt.
  4. Hochdruckpumpe nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Aussparung (7) und der der Aussparung (7) zugewandte Abschnitt (8) des Kolbens (3) einen größeren Querschnitt aufweisen als ein nachfolgender, von der Kolbenplatte (6) abgewandter Abschnitt (10) des Kolbens (3).
  5. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Antriebswelle (2) in demjenigen Bereich, in dem sie mit den Kolben (3) in Wirkverbindung steht, exzentrisch ausgebildet ist.
  6. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Antriebswelle (2) in demjenigen Bereich, in dem sie mit den Kolben (3) in Wirkverbindung steht, mit einem Ring (4) versehen ist, der eine der Anzahl der Kolben (3) entsprechende Anzahl an Abflachungen (5) aufweist.
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