NIEDERDRUCKPUMPE FÜR EINE KRAFTSTOFFEINSPRITZEINRICHTUNG EINER BRENNKRAFTMAS CHINE
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine solche Pumpenanordnung ist durch die DE 101 50 653 AI bekannt. Bei dieser Pumpenanordnung wird durch die Niederdruckpumpe Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gefordert. Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle auf, durch die auch die Niederdruckpumpe angetrieben wird. Die Niederdruckpumpe ist als separate Baueinheit an das Gehäuse der Hochdruckpumpe angebaut. Hierdurch wird der Bauraum der Pumpenanordnung groß, vor allem in Richtung der Drehachse der Antriebswelle. Außerdem ist eine Abdichtung zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe erforderlich und die Niederdruckpumpe muss über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemaße Pumpenanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass diese nur einen geringen Bauraum, vor allem in Richtung der Drehachse der Antriebswelle, erfordert. Außerdem ist die Abdichtung vereinfacht und es ist keine aufwendige Kupplung für den Antrieb der Niederdruckpumpe erforderlich.
In den abhangigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemaßen Pumpenanordnung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise die Integration der Niederdruckpumpe in der Antriebswelle. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht die Integration einer Niederdruckpumpe mit ausreichend großem Durchmesser, wobei der Lagerstummel der Antriebswelle üblicherweise schon derart ausgebildet ist, um eine ausreichend tragfahige Lagerung der Antriebswelle zu ermöglichen. Eine gemäß Anspruch 5 als
Innenzahnradpumpe ausgebildete Niederdruckpumpe ist aufgrund ihrer Form besonders geeignet zur Integration in die Antriebswelle. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine Begrenzung des durch die Niederdruckpumpe erzeugten Drucks. Die Ausbildung gemäß Anspruch 8 ermöglicht die
Einstellung eines sehr geringen Radialspiels zwischen dem Zahnrad und dem Zahnring zu Beginn der Kraftstofforderung durch die Niederdruckpumpe und damit einen guten Wirkungsgrad.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung naher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Pumpenanordnung in einem Längsschnitt und Figur 2 die Pumpenanordnung in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Figur 1.
Beschreibung des Ausfuhrungsbeispiels
In den Figuren 1 und 2 ist eine Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe 10 und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe 12 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Durch die Hochdruckpumpe 10 wird dabei
Kraftstoff unter Hochdruck von bis zu 2000 bar gefordert,
beispielsweise in einen Speicher, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Durch die Niederdruckpumpe 12 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehalter zur Saugseite der Hochdruckpumpe 10 gefordert.
Die Hochdruckpumpe 10 ist als Radialkolbenpumpe oder als Reihenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 14 auf, in dem eine Antriebswelle 16 um eine Achse 17 drehbar gelagert ist. Im Hochdruckpumpengehause 14 ist wenigstens ein bzw. sind vorzugsweise mehrere Pumpenelemente 18 angeordnet, die durch die Antriebswelle 16 angetrieben werden. Die Antriebswelle 16 weist entsprechend der Anzahl der Pumpenelemente 18 Nocken 20 auf. Die Pumpenelemente 18 weisen jeweils einen Pumpenkolben 22 auf, der in einer zumindest annähernd radial zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 verlaufenden Zylinderbohrung 24 verschiebbar dicht gefuhrt ist. Der Pumpenkolben 22 jedes Pumpenelements 18 stutzt sich mit seinem Kolbenfuß 23 über einen Stößel 26 und eine im Stößel 26 angeordnete Laufrolle 27 am Nocken 20 ab. Der Kolbenfuß 25 und über diesen der Stößel 26 und die Laufrolle 27 kann dabei durch eine Feder 28, die sich einerseits am Hochdruckpumpengehause 14 und andererseits über einen Federteller 29 am Kolbenfuß 23 abstutzt, in Anlage am Nocken 20 gehalten werden.
Durch den jeweiligen Pumpenkolben 22 wird ein Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt, der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 32 mit einer Kraftstoffzufuhrung verbindbar ist, in die durch die Niederdruckpumpe 12 Kraftstoff gefordert wird. Der Pumpenarbeitsraum 30 ist außerdem durch ein zum Speicher hin öffnendes Auslassventil 34 mit dem Speicher verbindbar. Bei der Rotation der Antriebswelle 16 wird der Pumpenkolben 22 durch den Nocken 20 der Antriebswelle 16 über die auf diesem abrollende Laufrolle 27 und den Stößel 26 in einer
Hubbewegung angetrieben. Wenn der Pumpenkolben 22 sich radial nach innen bewegt, so fuhrt dieser einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 32 geöffnet ist, so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 30 einströmt, wahrend das Auslassventil 34 geschlossen ist. Wenn der Pumpenkolben 22 sich radial nach außen bewegt, so fuhrt dieser einen Forderhub aus, wobei das Einlassventil 32 geschlossen ist und der vom Pumpenkolben 22 verdichtete Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil 34 unter hohem Druck in den Speicher gelangt.
Die Antriebswelle 16 ist im Gehäuse 14 drehbar gelagert und weist hierzu an ihren beiden axialen Endbereichen jeweils einen Lagerstummel 40 auf, wobei in Figur 1 nur ein Lagerstummel 40 dargestellt ist. Die Lagerstummel 40 sind vorzugsweise in ihrem Durchmesser gegenüber dem übrigen Durchmesser der Antriebswelle 16 vergrößert. Ein Lagerstummel 40 ist hohl ausgebildet und in diesem ist die Niederdruckpumpe 12 integriert. Der Lagerstummel 40 weist eine zu seinem freien Ende hin offene Sackbohrung 42 auf, in der die Niederdruckpumpe 12 angeordnet ist. Die Niederdruckpumpe 12 ist als Innenzahnradpumpe ausgebildet und weist einen innenverzahnten Zahnring 44 auf, der drehschlussig mit der Antriebswelle 16 gekoppelt ist. Der Zahnring 44 weist hierbei beispielsweise in seinem
Außenumfang eine oder mehrere in Richtung der Drehachse 17 der Antriebswelle 16 verlaufende Ausnehmungen 46 auf, in die in die Antriebswelle 16 eingepresste, zumindest annähernd parallel zur Drehachse 17 verlaufende Bolzen 48 eingreifen. Die Bolzen 48 sind in vom Boden der Sackbohrung 42 ausgehende Bohrungen in der Antriebswelle 16 eingepresst. Über die in die Ausnehmungen 46 eingreifenden Bolzen 48 ist der Zahnring 44 dann in Drehrichtung mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Der Zahnring 44 ist vorzugsweise in Richtung der Drehachse 17 in der Sackbohrung 42 verschiebbar.
Am Boden der Sackbohrung 42 ist eine Vertiefung 50 ausgebildet, in die eine Druckfeder 51 eingesetzt ist, die beispielsweise eine Schraubendruckfeder ist und die sich zumindest annähernd parallel zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 und zumindest annähernd koaxial zu dieser erstreckt. Die Druckfeder 51 wirkt auf eine Platte 52, die durch die Druckfeder 51 gegen die Stirnseite des Zahnrings 44 gepresst wird. Die Platte 52 ist ebenfalls drehschlussig mit der Antriebswelle 16 verbunden, beispielsweise über die Bolzen 48, die in entsprechende Ausnehmungen 53 am
Außenumfang der Platte 52 eingreifen. Die Platte 52 ist wie der Zahnring 44 in Richtung der Drehachse 17 in der Sackbohrung 42 verschiebbar.
Das offene Ende der Sackbohrung 42 ist mit einem Deckel 56 verschlossen, der fest mit dem Gehäuse 14 der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist, beispielsweise mit diesem verschraubt ist. Der Deckel 56 ist somit gegenüber der Antriebswelle 16 feststehend angeordnet und dreht sich nicht mit dieser mit. Der Deckel 56 ist am Gehäuse 14 zentriert, beispielsweise über einen vom Gehäuse 14 nach außen abstehenden und den Deckel 56 umgebenden Zentrierbund 57. Außerdem ist der Deckel 56 in seiner Drehstellung gegenüber dem Gehäuse 14 festgelegt, so dass dieser eine exakt definierte Drehstellung am Gehäuse 14 einnimmt. Zwischen dem Deckel 56 und dem Gehäuse 14 ist außerdem ein Dichtelement 58 eingespannt. Zwischen dem Lagerstummel 40 der Antriebswelle 16 und dem Gehäuse 14 kann ein weiteres Dichtelement in Form eines Wellendichtrings 59 angeordnet sein. Der Deckel 56 weist einen exzentrisch zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 von diesem abstehenden, in die Sackbohrung 42 ragenden Lagerzapfen 60 auf. Auf dem Lagerzapfen 60 ist ein außenverzahntes Zahnrad 62 drehbar gelagert, das mit dem Zahnring 44 kämmt. Die Drehachse 63 des Zahnrads 62 verlauft somit um ein Maß e gemäß den Figuren 1 und 2 versetzt zur Drehachse 17 des Zahnrings 44. Durch diese Anordnung der
Drehachsen 17 bzw. 63 des Zahnrings 44 bzw. des Zahnrads 62 ergibt sich eine Pumpenkammer 64, in der durch den Zahnring 44 und das Zahnrad 62 Kraftstoff von einer Saugseite, in die eine Säugöffnung 65 mundet, zu einer Druckseite, in die eine Druckoffnung 66 mundet, gefordert wird. Die Säugöffnung 65 und die Druckoffnung 66 sind im Deckel 56 ausgebildet. Die Säugöffnung 65 ist mit einem Kraftstoffvorratsbehalter verbunden, aus dem Kraftstoff angesaugt wird, und die Druckoffnung 66 ist mit der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 verbunden.
Im Lagerzapfen 60 kann eine quer, beispielsweise etwa senkrecht zwischen der Drehachse 63 des Zahnrads 62 und der Drehachse 17 des Zahnrings 44 verlaufende Sackbohrung 68 eingebracht sein. In der Sackbohrung 68 ist eine vorgespannte Druckfeder 70 angeordnet, die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die sich über ein Stutzelement 71 am Zahnrad 62 abstutzt. Durch die Druckfeder 70 wird das Zahnrad 62 zum Zahnring 44 hin gedruckt, so dass ein radiales Spiel zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 gering gehalten wird, vorzugsweise zumindest annähernd zu Null wird. Das Stutzelement 71 kann beispielsweise als Kugel oder als konvex zum Zahnrad 62 hin gewölbte Scheibe ausgebildet sein. Der Innendurchmesser des Zahnrads 62 kann etwas großer sein als der Durchmesser des Lagerzapfens 60, so dass das Zahnrad 62 auf dem Lagerzapfen 60 in radialer Richtung bewegbar ist.
Nachfolgend wird die Funktion der Pumpenanordnung erläutert. Die Antriebswelle 16 der Hochdruckpumpe 10 wird mechanisch, beispielsweise über einen Riemen oder ein Getriebe durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Wenn die Antriebswelle 16 rotiert, so wird durch die Niederdruckpumpe 12 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehalter angesaugt und zur Saugseite der Pumpenelemente 18 der Hochdruckpumpe 10 gefordert. Durch die Pumpenelemente 18 der Hochdruckpumpe 10
wird dann Kraftstoff unter Hochdruck in den Speicher gefordert.
Zu Beginn der Kraftstofforderung durch die Niederdruckpumpe 12 herrscht in der Pumpenkammer 64 ein geringer Druck. Das Zahnrad 62 wird dabei durch die Druckfeder 70 zum Zahnring 44 hin gedruckt, so dass zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 kein oder nur ein sehr geringes radiales Spiel vorhanden ist. Dadurch ergibt sich ein sehr geringe Leckage und dadurch ein hoher Wirkungsgrad der Niederdruckpumpe 12. Wenn der Druck in der Pumpenkammer 64 beim weiteren Betrieb der Niederdruckpumpe 12 ansteigt, so ergibt sich auf das Zahnrad 62 durch den Druck eine der Druckfeder 70 entgegen wirkende Kraft, so dass sich ein größeres radiales Spiel zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 einstellen kann.
Zu Beginn der Kraftstofforderung durch die Niederdruckpumpe 12 werden außerdem aufgrund des geringes Druckes in der Pumpenkammer 64 der Zahnring 44 und das Zahnrad 62 durch die Druckfeder 51 über die Platte 52 gegen die Stirnseite des Deckels 56 gepresst. Durch die Platte 52 und den Deckel 56 wird dabei die Pumpenkammer 64 in Richtung der Drehachsen 17 bzw. 63 abgedichtet. Wenn der Druck in der Pumpenkammer 64 so hoch ist, dass dieser auf die Platte 52 eine größere Kraft ausübt als die Druckfeder 51, so hebt die Platte 52 von den Stirnseiten des Zahnrings 44 und des Zahnrads 62 ab. In diesem Fall ergibt sich eine gezielte Leckage aus der Pumpenkammer 64, so daß der Druck in der Pumpenkammer 64 nicht weiter ansteigt. Der aus der Pumpenkammer 64 dabei in die Sackbohrung 42 abströmende Kraftstoff wird in einen
Entlastungsbereich abgeführt. Als Entlastungsbereich kann die Saugseite der Niederdruckpumpe 12 dienen, insbesondere wenn die Hochdruckpumpe 10 olgeschmiert ist. Alternativ kann als Entlastungsbereich auch das Innere des Gehäuses 14 dienen, in dem die Antriebswelle 16 angeordnet ist, wodurch eine Schmierung der Antriebswelle 16 und der Nocken 20 sowie
der Laufrollen 27 bei einer kraftstoffgeschmierten Hochdruckpumpe 10 ermöglicht wird. Es kann dabei eine Bohrung 72 in der Antriebswelle 16 vorgesehen sein, die die Sackbohrung 42 mit dem Inneren des Gehäuses 14 verbindet.