EP2049789B1 - Radialkolbenpumpeneinheit zur kraftstoff-hochdruckversorgung bei kraftstoff-einspritzsystemen - Google Patents

Radialkolbenpumpeneinheit zur kraftstoff-hochdruckversorgung bei kraftstoff-einspritzsystemen Download PDF

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EP2049789B1 EP07787839A EP07787839A EP2049789B1 EP 2049789 B1 EP2049789 B1 EP 2049789B1 EP 07787839 A EP07787839 A EP 07787839A EP 07787839 A EP07787839 A EP 07787839A EP 2049789 B1 EP2049789 B1 EP 2049789B1
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Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump unit for high-pressure fuel supply in fuel injection systems, in particular in common-rail high-pressure injection systems, with a pump housing in which a drive shaft is mounted with at least one eccentric, with an eccentric, which at least one actuating disk of a acted upon in a cylinder mounted compressor piston, with a, surrounding part of the cylinder support member which is loaded by at least one spring and with a cooperating with the compressor piston suction and a pressure valve.
  • the cylinder unit at the corresponding location consisted of a support piston and a disc.
  • the disc was secured by a snap ring and a corresponding groove in the support piston.
  • the support piston and disc movement was transferred to a holding disc and a ring on the pump piston.
  • a radial piston pump unit for high-pressure injection systems is known in this context ( DE 102 28 552 B4 or DE 199 33 570 A ), which is formed in the aforementioned sense.
  • This known construction requires a complex mechanism with return spring, support piston piston ring, retaining washers and other elements, and in addition between the shoes and the polygon surfaces at high speeds at high pressure wear can occur.
  • the object of the present invention is to provide a radial piston pump unit of the type mentioned, which contributes to a reduction of wear and represents a less expensive construction.
  • This object is achieved in that are mounted on the drive shaft in the region of the eccentric two side windows with polygonal surfaces, which serve as a driving mechanism for the eccentric and that the support member of each cylinder is designed as a tappet cup, which is in the lower area on the polygonal surfaces of the side windows supports and slides.
  • the two side windows can be identical and formed on both sides of the eccentric mirror images of each other on the drive shaft be arranged.
  • the polygonal surfaces of the side windows are placed on the number of acted upon by the eccentric ring actuating discs of the compressor piston.
  • each side window on its circumference alternately polygon surfaces and open flange areas.
  • the invention relates to a radial piston pump unit for high-pressure fuel supply in fuel injection systems, in particular in common-rail high-pressure injection systems.
  • a pump housing 1 in which a drive shaft 21 is mounted with at least one eccentric 31.
  • a cylinder 2 In the upper region of the housing 1 is a cylinder 2 with a suction valve 6 and a pressure valve 7, which communicate with a compressor chamber 8.
  • the compressor chamber 8 is part of a cylinder space in the cylinder 2, in which a compressor piston 4 moves up and down.
  • This compressor piston 4 is designed as a mushroom piston and has an actuating disk 10 in the lower region.
  • This actuating disk 10 is acted upon by an eccentric ring 15, which lies in the region of the eccentric portion 31 of the drive shaft 21.
  • the lower part of the cylinder 2 is surrounded by a plunger cup 13, which is acted upon by a compression spring 11.
  • the two mirror-image mutually associated side windows 17, 17 ' have flanges 30 and 30'. These flanges form an eccentric sliding bearing surface area, which is formed as a bore 23 and 31 between the eccentric section of the drive shaft 21 and the flanges 30 and 30 'of the side windows 17 and 17' is located.
  • Another sliding surface region 25 is present between the eccentric ring 15 and the upper side of the flanges 30 and 30 'of the mirror-inverted side windows 17 and 17'.
  • a sliding surface region 27 results between the underside of the respective tappet cup 13 and the upper region of the mirror-image opposing side plates 17 and 17 '.
  • Each plunger cup 13 is guided radially in the housing 1, wherein the respective compression spring 11 is disposed in each case between the inner wall of the plunger cup 13 and the outer periphery of a portion of the cylinder 2.
  • the plunger cups 13, 13 ', 13 are - as stated above - guided radially in the housing 1.
  • the respective plunger cup 13, 13', 13" are supported and slide on the polygonal surfaces P of the side windows 17, 17 ', so that the Side force is absorbed by the respective tappet cup.
  • the respective plunger cup 13, 13 ', 13 "stabilizes the tilting movement of the eccentric ring 15.
  • the plunger cups also serve as a return element for the respective compressor pistons 4, 4', 4".
  • the construction according to the invention results in a modular design, that is, all components are positively coupled with each other easily. There is a direct Power flow from the compressor piston to the eccentric ring. Furthermore, a separate power flow is possible by the construction elements push cup - side plate on the one hand and compressor piston - eccentric ring on the other. The transverse forces are advantageously absorbed by the push cup 13, 13 ', 13 ".

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei Kraftstoff-Einspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsystemen, mit einem Pumpengehäuse (1), in welchem eine Antriebswelle (21) mit mindestens einem Exzenterabschnitt (31) gelagert ist, mit einem Exzenterring (15), welcher mindestens eine Betätigungsscheibe (10) eines in einem Zylinder (2) gelagerten Verdichterkolbens (4) beaufschlagt, mit einem, einen Teil des Zylinders (2) umgebenden Stützelement, welches durch mindestens eine Feder (11) belastet ist und mit einem mit dem Verdichterkolben (4) zusammenwirkenden Saug- und einem Druckventil (6, 7). Erfindungsgemäß sind auf der Antriebswelle (21) im Bereich des Exzenterabschnitts (31) zwei Seitenscheiben (17, 17') mit Polygonflächen gelagert, welche als Mitnahmemechanismus für den Exzenterring (15) dienen.,

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei Kraftstoff-Einspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsystemen, mit einem Pumpengehäuse, in welchem eine Antriebswelle mit mindestens einem Exzenterabschnitt gelagert ist, mit einem Exzenterring, welcher mindestens eine Betätigungsscheibe eines in einem Zylinder gelagerten Verdichterkolbens beaufschlagt, mit einem, einen Teil des Zylinders umgebenden Stützelement, welches durch mindestens eine Feder belastet ist und mit einem mit dem Verdichterkolben zusammenwirkenden Saug- und einem Druckventil.
  • Als allgemeiner Stand der Technik ist es bereits bekannt, an einer Hochdruckpumpe, welche zur Kraftstoffversorgung bei einem Common-Rail-Einspritzsystem dient, einen Exzenterring mit drei Polygonflächen als Antriebselement einzusetzen, wenn drei Kolbenzylindereinheiten zu beaufschlagen sind. Diese Polygonflächen dienen als Gleitfläche für jeweils einen Gleitschuh, auf dem sich der jeweilige Kolben abstützt. Die Gleitbewegung zwischen dem jeweiligen Gleitschuh und den Polygonflächen ist wichtig bei der Huberzeugung des jeweiligen Kolbens.
  • Bei diesem Stand der Technik bestand die Zylindereinheit an der entsprechenden Stelle aus einem Stützkolben und einer Scheibe. Die Scheibe wurde hierbei durch einen Sprengring sowie einer entsprechenden Nut im Stützkolben gesichert. Die Stützkolben- und Scheibenbewegung wurde eine Haltescheibe und einen Ring auf den Pumpenkolben übertragen.
  • Als Stand der Technik ist in diesem Zusammenhang eine Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme bekannt ( DE 102 28 552 B4 oder DE 199 33 570 A ), welche im vorgenannten Sinne ausgebildet ist. Diese bekannte Konstruktion fordert einen aufwändigen Mechanismus mit Rückholfeder, Stützkolben-Kolbenring, Haltescheiben und anderen Elementen, wobei außerdem zwischen den Gleitschuhen und den Polygonflächen bei hohen Drehzahlen mit hohem Druck ein Verschleiß auftreten kann.
  • Entsprechend den vorgenannten Problemen liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Radialkolbenpumpeneinheit der eingangs genannten Art zu schaffen, welche zu einer Reduzierung des Verschleißes beiträgt und eine kostengünstigere Konstruktion darstellt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass auf der Antriebswelle im Bereich des Exzenterabschnitts zwei Seitenscheiben mit Polygonflächen gelagert sind, welche als Mitnahmemechanismus für den Exzenterring dienen und dass das Stützelement jeden Zylinders als Stößelbecher ausgebildet ist, welcher sich im unteren Bereich auf den Polygonflächen der Seitenscheiben abstützt und gleitet.
  • Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise im Hinblick auf den bekannten Stand der Technik eine kostengünstigere Konstruktion durch Entfall der Haltescheibe und des Kolbenrings. Es erfolgt ein direkter Kraftfluss vom Pumpenkolben auf den Exzenterring mit Aufnahme der Querkräfte durch die jeweiligen Stößelbecher. Es besteht die Möglichkeit der Vergrößerung der Aufstandsfläche zwischen dem Kolben und dem Exzenterring und somit geringeren Flächenpressungen bei Reduzierung des Verschleißes und Aufnahmemöglichkeit von höheren Kolbenkräften. In Folge der Möglichkeit, die einzelnen Elemente formschlüssig aneinander zu koppeln ergibt sich darüber hinaus vorteilhafterweise eine modulare Bauweise.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Seitenscheiben identisch ausgebildet und beidseitig des Exzenterabschnittes spiegelbildlich zueinander auf der Antriebswelle angeordnet sein. Hierbei sind die Polygonflächen der Seitenscheiben auf die Anzahl der durch den Exzenterring beaufschlagten Betätigungsscheiben der Verdichterkolben abgestellt. Darüber hinaus weist jede Seitenscheibe über ihren Umfang wechselweise Polygonflächen und offene Flanschbereiche auf.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
  • In der Zeichnung zeigen
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpeneinheit
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch die Pumpe nach Fig. 1
    Fig. 3
    eine räumliche Darstellung der Zylinderbau- gruppe und
    Fig. 4
    eine Explosionsdarstellung der Zylinderbau- gruppe.
  • Nach den Figuren 1 bis 4 bezieht sich die Erfindung auf eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei Kraftstoff-Einspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsystemen. Es liegt ein Pumpengehäuse 1 vor, in welchem eine Antriebswelle 21 mit mindestens einem Exzenterabschnitt 31 gelagert ist.
  • Im oberen Bereich des Gehäuses 1 befindet sich ein Zylinder 2 mit einem Saugventil 6 und einem Druckventil 7, welche mit einem Verdichterraum 8 in Verbindung stehen. Der Verdichterraum 8 ist Teil eines Zylinderraums in dem Zylinder 2, in welchem sich ein Verdichterkolben 4 auf und ab bewegt. Dieser Verdichterkolben 4 ist als Pilzkolben ausgebildet und weist im unteren Bereich eine Betätigungsscheibe 10 auf. Diese Betätigungsscheibe 10 wird von einem Exzenterring 15 beaufschlagt, welcher im Bereich des Exzenterabschnitts 31 der Antriebswelle 21 liegt. Der untere Teil des Zylinders 2 ist von einem Stößelbecher 13 umgeben, welcher von einer Druckfeder 11 beaufschlagt wird.
  • Auf der Antriebswelle 21 sind im Bereich des Exzenterabschnitts 31 zwei Seitenscheiben 17, 17' mit Polygonflächen P spiegelbildlich gelagert, welche als Mitnahmemechanismus für den Exzenterring 15 dienen. Diese Seitenscheiben 17 und 17' befinden sich also zwischen dem Exzenterabschnitt 31 der Antriebswelle 21 und dem Exzenterring 15.
  • Auf der Antriebswelle 21 sind zwei Buchsen 19 und 19' zwischen dem Exzenterabschnitt 31 angeordnet, welche zumindest über Teilbereiche die beiden Seitenscheiben 17 und 17' beaufschlagen.
  • Die beiden spiegelbildlich einander zugeordneten Seitenscheiben 17, 17' weisen Flansche 30 und 30' auf. Diese Flansche bilden einen exzentrischen Gleitlagerflächenbereich, welcher als Bohrung 23 ausgebildet ist und sich zwischen dem Exzenter abschnitt 31 der Antriebswelle 21 und den Flanschen 30 und 30' der Seitenscheiben 17 und 17' befindet.
  • Ein weiterer Gleitflächenbereich 25 ist zwischen dem Exzenterring 15 und der Oberseite der Flansche 30 und 30' der spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Seitenscheiben 17 und 17' vorhanden.
  • Weiterhin ergibt sich ein Gleitflächenbereich 27 zwischen der Unterseite des jeweiligen Stößelbechers 13 und dem oberen Bereich der spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Seitenscheiben 17 und 17'.
  • Jeder Stößelbecher 13 ist radial in dem Gehäuse 1 geführt, wobei die jeweilige Druckfeder 11 jeweils zwischen der Innenwandung des Stößelbechers 13 und dem Außenumfang eines Teilbereichs des Zylinders 2 angeordnet ist.
  • Aus den Figuren 2, 3 und 4 geht hervor, dass die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpeneinheit beispielsweise drei Zylinder 2, 2', 2" mit drei Verdichterkolben 4, 4', 4" aufweist, welche um jeweils 120° versetzt im Gehäuse 1 angeordnet sind. Entsprechend sind drei Druckfedern 11, 11', 11" sowie drei Betätigungsscheiben 10, 10', 10" vorhanden. Jede der Betätigungsscheiben 10, 10', 10" des jeweiligen Verdichterkolbens 4, 4', 4" beaufschlagt gemäß Fig. 2 jeweils im oberen Bereich der Seitenscheiben 17, 17' die Oberfläche des polygonartig ausgebildeten Exzenterrings 15.
  • Aus Fig. 3 und 4 geht hervor, dass die Anzahl der Polygonflächen P der Seitenscheiben 17, 17' auf die Anzahl der durch den Exzenterring 15 beaufschlagten Betätigungsscheiben der Verdichterkolben 4, 4', 4" abgestellt ist. Jede der Seitenscheiben 17, 17' weist über ihren Umfang wechselweise die Polygonflächen P und offene Flanschbereich O auf; im vorliegenden Beispiel also drei Polygonflächen P und drei Flanschbereiche O.
  • Die Stößelbecher 13, 13', 13" sind - wie vorstehend ausgeführt - radial in dem Gehäuse 1 geführt. Die jeweiligen Stößelbecher 13, 13', 13" stützen sich und gleiten auf den Polygonflächen P der Seitenscheiben 17, 17', so dass die Seitenkraft durch den jeweiligen Stößelbecher aufgenommen wird. Gleichzeitig stabilisiert der jeweilige Stößelbecher 13, 13', 13" die Kippbewegung des Exzenterrings 15. Die Stößelbecher dienen darüber hinaus als Rückholelement für die jeweiligen Verdichterkolben 4, 4', 4".
  • Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ergibt sich eine modulare Bauweise, das heißt alle Bauteile sind formschlüssig einfach miteinander zu koppeln. Es erfolgt ein direkter Kraftfluss vom Verdichterkolben zum Exzenterring. Weiterhin ist ein getrennter Kraftfluss möglich durch die Konstruktionselemente Stößelbecher - Seitenscheibe einerseits und Verdichterkolben - Exzenterring andererseits. Die Querkräfte werden vorteilhafterweise durch die Stößelbecher 13, 13', 13" aufgenommen.

Claims (11)

  1. Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoff-Hochdruckversorgung bei Kraftstoff-Einspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Hochdruck-Einspritzsystemen,
    mit einem Pumpengehäuse (1), in welchem eine Antriebswelle (21) mit mindestens einem Exzenterabschnitt (31) gelagert ist, mit einem Exzenterring (15), welcher mindestens eine Betätigungsscheibe (10, 10', 10") eines in einem Zylinder (2, 2', 2") gelagerten Verdichterkolbens (4, 4', 4") beaufschlagt,
    mit einem einen Teil des Zylinders (2, 2', 2") umgebenden Stützelement, welches durch mindestens eine Feder (11, 11', 11") belastet ist und
    mit jeweils einem mit dem zugeordneten Verdichterkolben (4, 4', 4") zusammenwirkenden Saug- und einem Druckventil (6, 7)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der Antriebswelle (21) im Bereich des Exzenterabschnittes (31) zwei Seitenscheiben (17, 17') mit Polygonflächen (P) gelagert sind, welche als Mitnahmemechanismus für den Exzenterring (15) dienen und
    dass das Stützelement jeden Zylinders (2, 2', 2") als Stößelbecher (13, 13', 13") ausgebildet ist, welcher sich im unteren Bereich auf den Polygonflächen (P) der Seitenscheiben (17, 17') abstützt und gleitet.
  2. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Seitenscheiben (17, 17') identisch ausgebildet und beidseitig des Exzenterabschnittes (31) spiegelbildlich zueinander auf der Antriebswelle (21) angeordnet sind.
  3. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Polygonflächen (P) der Seitenscheiben (17, 17') auf die Anzahl der durch den Exzenterring (15) beaufschlagten Betätigungsscheiben der Verdichterkolben (4, 4', 4") abgestellt ist.
  4. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Seitenscheibe (17, 17') über ihren Umfang wechselweise Polygonflächen (P) und offene Flanschbereiche (O) aufweist.
  5. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Antriebswelle (21) beidseitig des Exzenterabschnittes (31) zwei Buchsen (19, 19') angeordnet sind, welche zumindest über Teilbereiche die beiden Seitenscheiben (17, 17') beaufschlagen.
  6. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen als Bohrung (23) ausgebildeten Gleitlagerflächenbereich zwischen dem Exzenterabschnitt (31) der Antriebswelle (21) und der Unterseite von Flanschen (30, 30') der spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Seitenscheiben (17, 17').
  7. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gleitflächenbereich (25) zwischen dem Exzenterring (15) und der Oberseite der Flansche (30, 30') der spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Seitenscheiben (17, 17').
  8. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gleitflächenbereich (27) zwischen der Unterseite des jeweiligen Stößelbechers (13, 13', 13") und dem oberen Bereich der spiegelbildlich einander gegenüberliegenden Seitenscheiben (17, 17').
  9. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stößelbecher (13, 13', 13") radial in dem Gehäuse (1) geführt ist.
  10. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (11, 11', 11") jeweils zwischen der Innenwandung des Stößelbechers (13, 13', 13") und dem Außenumfang eines Teilbereichs des Zylinders (2, 2', 2") angeordnet ist.
  11. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsscheibe (10, 10', 10") des jeweiligen Verdichterkolbens (4, 4', 4") im oberen Bereich der Seitenscheiben (17, 17') die Oberfläche des Exzenterrings (15) beaufschlagt.
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