EP1985853B1 - Radialkolbenpumpe, insbesondere für Common Rail (CR)-Einspritzsysteme - Google Patents

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EP1985853B1 EP20080103432 EP08103432A EP1985853B1 EP 1985853 B1 EP1985853 B1 EP 1985853B1 EP 20080103432 EP20080103432 EP 20080103432 EP 08103432 A EP08103432 A EP 08103432A EP 1985853 B1 EP1985853 B1 EP 1985853B1
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    • F02M63/027—More than one high pressure pump feeding a single common rail

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump, as it is used to act on the pressure accumulator in CR systems for diesel and gasoline engines.
  • a particular problem in this case represent the transmission elements from centrally located eccentric pin to the hubausorderden piston.
  • an eccentric ring is held on the eccentric pin, which is provided with flats for the piston shoes (piston feet).
  • the DE 960 776 shows a pump according to the preamble of claim 1.
  • the invention is therefore based on the object to provide the known systems with flat sliding surfaces and high friction forces even with the cylindrical bearings a new improved transmission system. Further improvements include pump design, the valve assemblies and other detailed solutions to the invention task.
  • the Fig. 1 shows a pump housing 1 with, for example, three piston / cylinder units, each consisting of a cylinder 2 and a piston 3 and are in operative connection with a plunger 4, a tilting segment 5 and a central eccentric pin 6. Between the plunger 4 and the tilting segment 5, a pivot bearing 7 is arranged.
  • the piston 3 is connected to the plunger 4 in a known manner fixed or hinged and a coil spring 8, which is arranged between the plunger 4 and the cylinder 2, ensures the return stroke of the moving system piston 3 / plunger. 4
  • the pumping stroke takes place during rotation of the eccentric pin 6 from the tilting segment 5 via the rotary joint 7 to the system piston 3 / plunger 4.
  • the tilting segment 5 is a hydrodynamic Kippsegmentlager, z. B. according to DIN 31657 / 1-4, trained and ensures full hydrodynamic lubrication with increasing pump speed.
  • the radius of the tilting pad is larger by a certain amount than the pin radius, so that a liquid wedge is built up quickly and effectively while tilting the eccentrically mounted segment.
  • a sliding bearing material of known type may be connected to the running surface of the tilting segment 5 because of the mixing friction occurring when the pump starts up.
  • a further embodiment of the pump is characterized in that the suction and pressure control elements are arranged directly in the cylinder 2.
  • the suction valve 9, for example, designed as a spring-loaded plate valve and connected via suction holes 10 with the vorgeruckbeetzmannten Pumpeninnnraum 11 is also part of the cylinder 2 as the pressure valve 12, which is connected via pressure holes 13 to the central channel 14, which receives the pressure flows of all pump elements.
  • the transition point 15, designed pressure-tight by known and proven elements, is the only required sealing point between the cylinder 2 and the pump housing 1. All other seals such as lapped plan surfaces, special seals u. Like. omitted, so that particularly strong contact forces of the cylinder 2 on the pump housing 1 are not required. For example, with 7 mm piston diameter and 2500 bar pump pressure, four screws 16 of size M6 are sufficient to adequately secure the cylinders 2.
  • the Fig. 2 shows the cylinder 2 used in the pump housing 1 including the piston 3, plunger 4, tilting segment 5, pivot bearing 7, and the driving eccentric. 6
  • the side windows 17 further support the construction and maintenance of the liquid wedge under the tilting segment 5, by hindering as boundary walls, the lateral outflow of the medium from the liquid wedge.
  • a housing cover 18 inserted in the pump housing 1 forms the lateral end of the pump and gives the parts eccentric pin 6, tilting segment 5 and the side windows 17 an axial guidance.
  • the Fig. 3 shows as a section of Fig. 1 the execution of the pivot bearing as a shaft piece 7, which is inserted between the tilting segment 5 and the plunger 4.
  • This shaft piece 7 then also has the guide pin 5a, which engage in the side windows 17, such as Fig. 4 shows.
  • the Fig. 5 shows in a further embodiment of the invention, the embodiment of the plunger 4 as a U-shaped prismatic part.
  • This U-shaped plunger 4 then cooperates with the neck of the cylinder 2 such that this neck is not of circular shape, but has two parallel sliding surfaces 19. Instead of the coil spring 8 then two flat springs 20 occur.
  • the invention describes a suitable for high mass production, inexpensive and low-friction high-pressure pump. It is not yet equipped with a regulation of the delivery volume. Preferably, the pump should be equipped with a precise, based on stroke adjustment flow control.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe, wie sie zur Beaufschlagung des Druckspeichers bei CR-Systemen für Diesel- und Ottomotoren eingesetzt wird.
  • Solche Pumpen sind in mehreren und bewährten Ausführungen bekannt, sie bedürfen jedoch im Hinblick auf verringerte Reibleistung und höhere Standfestigkeit, aber auch preiswerte Fertigung weiterer Verbesserungen.
  • Dies ist besonders wichtig, weil die Ansprüche an solche Pumpen, insbes. nach höheren Drücken und Drehzahlen, ständig ansteigen.
  • Ein besonderes Problem stellen dabei die Übertragungselemente vom zentral angeordneten Exzenterzapfen zu den hubausführenden Kolben dar.
  • Bei den meisten bekannten Ausführungen ist auf dem Exzenterzapfen ein Exzenterring gehalten, welcher mit Abflachungen für die Kolbenschuhe (Kolbenfüße) versehen ist.
  • Beim Betrieb treten dabei erhebliche quer zur Kolbenachse wirkende Reibungskräfte auf, welche die Reibleistung erhöhen und die Lebensdauer beeinträchtigen.
  • Zur Vermeidung dieser Mängel wird z. B. in der DE 102 47 645 A1 vorgeschlagen, Schmiertaschen auf dem Exzenterring (Polygonring) anzuordnen, um die Gleitreibung zu verringern.
  • In der DE 198 29 547 A1 wird vorgeschlagen, den Polygonring in mehrere Segmente zu unterteilen, wobei jedem Kolbenfuß ein entsprechendes Segment zugeordnet ist. Dabei weicht die Gestaltung des einzelnen Segmentes nicht vom geschlossenen Polygonring ab, auch das nachteilige Gleiten des Kolbenfußes bleibt bestehen. Somit ergeben sich bezüglich Reibung am Exzenterzapfen und Quergleiten des Kolbenfußes keine Verbesserungen.
  • In der DE 697 24 695 T2 werden Wälzlager zwischen dem Exzenterzapfen/Polygonring und Polygonring/Kolbenfuß angeordnet, was keine raumsparende und keine preiswerte Pumpeergibt. Schließlich wird in der DE 103 13 745 A1 durch besondere Spalte zwischen den Segmenten versucht, eine hydrodynamische Schmierung zwischen dem Polygonring und dem Exzenterzapfen (Wellenabschnitt) zu bewirken. Dies wird im Sinne einer wirklichen hydrodynamischen Schmierung der Gleitlagertechnik nicht erreicht.
  • Die DE 960 776 zeigt eine Pumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Die genannten Vorschläge können durchgreifende Verbesserungen der Reib- und Gleitverhältnisse noch nicht erbringen, es sind weitere verbesserte Lösungen erforderlich.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den bekannten Systemen mit ebenen Gleitflächen und hohen Reibungskräften auch bei den zylindrischen Gleitpaarungen ein neues verbessertes Übertragungssystem gegenüber zu stellen. Ferner gehören weitere Verbesserungen hinsichtlich der Pumpengestaltung, der Ventilanordnungen und andere Detaillösungen zur Erfindungsaufgabe.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Weitere Aspekte sind in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen angegeben.
  • Die Zeichnungen zeigen:
    • Fig. 1
    einen Frontalschnitt durch die Pumpe,
    Fig. 2
    einen Schnitt nach der Linie I-I in Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Abschnitt der Fig. 1,
    Fig. 4
    einen Abschnitt der Fig. 2,
    Fig. 5
    einen weiteren Abschnitt der Fig. 1.
  • Die Fig. 1 zeigt ein Pumpengehäuse 1 mit beispielsweise drei Kolben/Zylinder-Einheiten, welche jeweils aus einem Zylinder 2 und einem Kolben 3 bestehen und mit einem Stößel 4, einem Kippsegment 5 und einem zentralen Exzenterzapfen 6 in Wirkverbindung stehen. Zwischen dem Stößel 4 und dem Kippsegment 5 ist ein Drehlager 7 angeordnet.
  • Der Kolben 3 ist mit dem Stößel 4 in bekannter Weise fest oder gelenkig verbunden und eine Spiralfeder 8, die zwischen dem Stößel 4 und dem Zylinder 2 angeordnet ist, gewährleistet den Rückhub des bewegten Systems Kolben 3/Stößel 4.
  • Der Pumphub erfolgt bei Umlauf des Exzenterzapfens 6 vom Kippsegment 5 über das Drehgelenk 7 zum System Kolben 3/Stößel 4. Das Kippsegment 5 ist dabei als hydrodynamisches Kippsegmentlager, z. B. nach DIN 31657/1-4, ausgebildet und gewährleistet mit ansteigender Pumpendrehzahl eine volle hydrodynamische Schmierung. Bei einem solchen Kippsegmentlager ist der Radius des Kippsegmentes um einen gewissen Betrag größer als der Zapfenradius, so dass unter Ankippen des exzentrisch gelagerten Segmentes ein Flüssigkeitskeil schnell und effektiv aufgebaut wird. Dabei kann wegen der beim Anlaufen der Pumpe entstehenden Mischreibung ein Gleitlagerwerkstoff bekannter Art mit der Lauffläche des Kippsegmentes 5 verbunden sein.
  • Mit diesen Mitteln werden Reibleistung und Verschleiß der kraftübertragenden Elemente wirksam verringert, ein Quergleiten dieser Elemente findet nicht mehr statt.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Pumpe ist dadurch gekennzeichnet, dass im Zylinder 2 die Saug- und Drucksteuerelemente direkt angeordnet sind.
  • Das Saugventil 9, beispielsweise als federbelastetes Plattenventil ausgebildet und über Saugbohrungen 10 mit dem vordruckbeaufschlagten Pumpeninnnraum 11 verbunden, ist ebenso Bestandteil des Zylinders 2 wie das Druckventil 12, welches über Druckbohrungen 13 mit dem Zentralkanal 14, der die Druckströme aller Pumpenelemente aufnimmt, verbunden ist. Die Übergangsstelle 15, durch bekannte und bewährte Elemente druckdicht gestaltet, ist die einzige erforderliche Abdichtstelle zwischen den Zylinder 2 und dem Pumpengehäuse 1. Alle weiteren Abdichtungen wie geläppte Planflächen, Sonderdichtungen u. dgl. entfallen, so dass besonders starke Anpresskräfte des Zylinders 2 auf das Pumpengehäuse 1 nicht erforderlich sind. Bei beispielsweise 7 mm Kolbendurchmesser und 2500 bar Pumpendruck reichen vier Schrauben 16 der Größe M6 aus, um die Zylinder 2 ausreichend zu befestigen.
  • Ein Vorteil der Erfindung besteht nach den vorstehenden Ausführungen auch darin, dass die Elemente Zylinder 2/Kolben 3/Stößel 4/Kippsegment 5/Spiralfeder 8/Ventile 9 und 12 eine geschlossene Einheit bilden, welche als solche z. B. für Pumpen unterschiedlicher Zylinderzahl unverändert eingesetzt werden kann.
  • Die Fig. 2 zeigt den im Pumpengehäuse 1 eingesetzten Zylinder 2 einschließlich Kolben 3, Stößel 4, Kippsegment 5, Drehlager 7, sowie den antreibenden Exzenterzapfen 6.
  • Damit die Spiralfedern 8 nicht auch die Fliehkräfte der Kippsegmente 5 kompensieren müssen, besitzen diese Führungszapfen 5a, welche in Seitenscheiben 17 eingreifen. Diese, auf dem Exzenterzapfen 6 gelagerten Seitenscheiben 17 sind im Bereich der Kippsegmente 5 geschlitzt, so dass bei der Schwenkbewegung der Kippsegmente 5 die Zapfen 5a diese Schwenkung mit ausführen können.
  • Die Seitenscheiben 17 unterstützen ferner den Aufbau und Erhalt des Flüssigkeitskeiles unter dem Kippsegment 5, indem sie als Begrenzungswände das seitliche Abfließen des Mediums aus dem Flüssigkeitskeil behindern.
  • Ein im Pumpengehäuse 1 eingesetzten Gehäusedeckel 18 bildet den seitlichen Abschluss der Pumpe und gibt den Teilen Exzenterzapfen 6, Kippsegment 5 und den Seitenscheiben 17 eine axiale Führung.
  • Die Fig. 3 zeigt als Abschnitt der Fig. 1 die Ausführung des Drehlagers als Wellenstück 7, welches zwischen dem Kippsegment 5 und dem Stößel 4 eingelegt ist. Dieses Wellenstück 7 besitzt dann auch die Führungszapfen 5a, welche in die Seitenscheiben 17 eingreifen, wie Fig. 4 zeigt.
  • Die Fig. 5 zeigt in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Ausführung des Stößels 4 als U-förmiges prismatisches Teil. Dieser U-förmige Stößel 4 arbeitet dann mit dem Hals des Zylinders 2 derart zusammen, dass dieser Hals nicht von kreisförmiger Gestalt ist, sondern zwei parallele Gleitflächen 19 besitzt. Anstelle der Spiralfeder 8 treten dann zwei Flachfedern 20.
  • Die Erfindung beschreibt eine für hohe Massenfertigung geeignete, preiswerte und reibungsarme Hochdruckpumpe. Sie ist noch nicht mit einer Regelung des Fördervolumes ausgestattet. Vorzugsweise soll die Pumpe mit einer exakten, auf Hubverstellung basierenden Fördermengenregelung ausgerüstet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Pumpengehäuse
    2
    Zylinder
    3
    Kolben
    4
    Stößel
    5
    Kippsegment
    5a
    Führungszapfen
    6
    Exzenterzapfen
    7
    Drehlager, Wellenstück
    8
    Spiralfeder
    9
    Saugventil
    10
    Saugbohrung
    11
    Pumpeninnenraum
    12
    Druckventil
    13
    Druckbohrung
    14
    Zentralkanal
    15
    Übergangsstelle
    16
    Schrauben
    17
    Seitenscheiben
    18
    Gehäusedeckel
    19
    Gleitflächen
    20
    Flachfeder

Claims (5)

  1. Radialkolbenpumpe, insbes ondere für Common Rail-Einspritzsysteme, mit um einer zentralen Antriebs-Exzenterwelle angeordneten Kolben/zylinder/Ventil-Systemen, segmentartigen Übertragungsgliedern zwischen der Exzenterwelle und den Kolben/Zylinder-Systemen, mit korrespondierenden Saug- und Druckventilen zu den Pumpenarbeitsräumen, druckdichter verbindung zwischen den Pumpenzylindern und dem Pumpengehäuse und vordruckbeaufschlagten Pumpenarbeitsräumen, wobei ein Kippsegment (5) auf einem Exzenterzapfen (6) aufgelagert und außermittig über ein Drehlager (7) gelenkig mit einem Stößel (4) und an diesem befestigten Kolben (3) verbunden ist, derart, dass das Kippsegment (5) unter Ankippen und Bildung eines Flüssigkeitskeiles hydrodynamisch auf dem Exzenterzapfen (6) aufschwimmt und die Elemente Zylinder (2), Kolben (3), Stößel (4), Kippsegment (5), Spiralfeder (8) oder Flachfeder (20) und Ventile (9, 10) in ein Pumpengehäuse (1) eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Exzenterzapfen (6) beidseitig vom Kippsegment (5) Seitenscheiben (17) angeordnet sind, die das seitliche Abfließen des Mediums aus dem Flüssigkeitskeil behindern.
  2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kippsegment (5) mit Führungszapfen (5a) versehen ist, welche mit auf dem Exzenterzapfen (6) gelagerten Seitenscheiben (17) im Eingriff stehen.
  3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehlager (7) als Wellenstück ausgebildet ist und Führungszapfen (5a) besitzt, welche in die Seitenscheiben (17) eingreifen.
  4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (4) als U-förmiges prismatisches Teil ausgebildet ist und mit an dem Zylinder (2) angearbeiteten parallelen Gleitflächen (19) zusammenarbeitet, wobei Flachfedern (20) zwischen dem U-förmigen Stößel (4) und dem Zylinder (2) angeordnet sind.
  5. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugventile (9) und die Druckventile (12) ohne Zwischenschaltung von Dichtelementen im Zylinder (2) vollständig integriert sind und die Saugbohrungen (10) direkt mit dem Pumpeninnenraum (11) und die Druckbohrungen (13) über eine Übergangsstelle (15) mit einem Zentralkanal (14) in Verbindung stehen.
EP20080103432 2007-04-17 2008-04-08 Radialkolbenpumpe, insbesondere für Common Rail (CR)-Einspritzsysteme Not-in-force EP1985853B1 (de)

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