WO2008077758A1 - Hochdruckkolbenpumpe - Google Patents

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WO2008077758A1
WO2008077758A1 PCT/EP2007/063643 EP2007063643W WO2008077758A1 WO 2008077758 A1 WO2008077758 A1 WO 2008077758A1 EP 2007063643 W EP2007063643 W EP 2007063643W WO 2008077758 A1 WO2008077758 A1 WO 2008077758A1
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cylinder
pressure cylinder
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PCT/EP2007/063643
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Uwe Iben
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Robert Bosch Gmbh
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    • F04B2205/00—Fluid parameters
    • F04B2205/09—Flow through the pump

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure piston pump according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for high-pressure supply of consumers according to the preamble of claim 10.
  • a hydraulically controlled high-pressure piston pump of the type mentioned is known from DE 199 38 504 Al. This shows a single-cylinder high-pressure piston pump for high pressure supply in a common rail injection system of an internal combustion engine.
  • the known piston pump comprises a pump housing with a high-pressure cylinder, in which a high-pressure piston is reciprocably received against the biasing force of a spring and driven by a cam to convey high-pressure fuel into a rail. In such high pressure cylinder pressures up to 2500 bar are generated.
  • the object of the invention is to provide a high-pressure piston pump according to the preamble of claim 1, which operates efficiently and is versatile.
  • the object of the invention is also to provide a method for high-pressure supply of consumers according to the preamble of claim 10 that an efficient high-pressure Supply of the consumer guaranteed and versatile.
  • a high-pressure piston pump according to the preamble of claim 1, characterized in that a low-pressure cylinder is provided in which, driven by a cam, a low-pressure piston back and forth, wherein the high pressure piston is driven by a pressure in the low pressure cylinder, and wherein in addition, means are provided for adjusting a variable pressure in the low-pressure cylinder when needed.
  • the object in a method for high-pressure supply of consumers according to the preamble of claim 10 is achieved in that to change the pressure in a low-pressure cylinder, a low-pressure piston is reciprocated, after which the pressure in the low-pressure cylinder is used to drive the high-pressure piston and then after promotion an intended amount of fluid is discharged to the consumer from the low pressure cylinder pressure.
  • the maximum stroke of the high-pressure piston can be designed for the maximum flow (full load).
  • vehicle engines are often operated at partial load, whereby a dosage of the high pressure flow to the consumer is necessary.
  • This dosage is achieved according to the invention in a simple manner that filled by the means when required, the low-pressure cylinder is throttled and / or discharged, whereby the drive of the high-pressure piston influenced and if necessary, the delivery process of the high-pressure cylinder is terminated.
  • the solution according to the invention does not cause any significant cavitation and thus does not promote unwanted material destruction. Since the diversion process and / or the filling process takes place in the low-pressure cylinder and there is a much lower pressure compared to the high-pressure cylinder, the power losses are much lower than if the control, in particular a Ab Griffinung, would take place in the high-pressure cylinder. As a result, the fluid, for example a fuel, heats up significantly less, thereby avoiding a substantial increase in the temperature of the fuel in the tank, which is not permissible in particular during gasoline injection.
  • the foot of the high-pressure piston is received above a top dead center of the low-pressure piston from the low-pressure cylinder or an extension of the low-pressure cylinder.
  • This embodiment makes it possible to apply the foot of the high pressure piston particularly effective with the pressure of the low pressure cylinder.
  • An arrangement of the foot of the high-pressure piston above the top dead center of the low-pressure piston avoids an undesired collision.
  • An arrangement of the foot of the high-pressure piston such that it is received by the low-pressure cylinder or an optionally reduced in diameter extension of the low-pressure cylinder allows a direct loading of the foot of the high-pressure piston with the pressure of the low-pressure piston. Elaborate and expensive pressure lines are thus avoided. This solution is particularly easy and inexpensive to implement.
  • the means for releasing pressure from the low-pressure cylinder or impacting the low-pressure cylinder when necessary is a control valve which can be actuated by a magnet which is controlled in a movement of the low-pressure piston from a bottom dead center to a top dead center, the volume in the low-pressure cylinder, so as to regulate the pressure.
  • a control of the control liquid contained in the low pressure cylinder can be realized in a particularly simple manner by a control valve which is controlled by a magnet.
  • the magnet of this control valve makes it possible to switch the control valve pressure-independent as needed, to release pressure from the low-pressure cylinder or to increase the pressure.
  • the low-pressure piston is drilled to reduce the mass inertia. This allows a particularly effective operation of the low-pressure piston.
  • the low-pressure piston is provided with a roller, via which the cam drives the low-pressure piston.
  • a return spring may be provided, which biases the low-pressure piston in the direction of the bottom dead center.
  • the return spring is ensured in a simple manner that the low-pressure piston is brought back to the bottom dead center.
  • the return spring also ensure that the role does not lift off the cam, which, for example, unwanted noise or shock or cavitation between the roller and cam can be avoided. According to the invention, it can be provided that, during a movement of the low-pressure piston from a top dead center to a bottom dead center via at least one valve, fluid can be sucked into the low-pressure cylinder.
  • the filling of the low pressure cylinder with fluid can be done for example via a simple ball valve.
  • the control valve is open or the magnet which opens the control valve is energized.
  • fluid for example a hydraulic oil
  • the control of the control valve via a magnet thus enables, on the one hand, that pressure can be released from the low-pressure cylinder when an intended amount of fluid has been conveyed to the consumer by the movement of the high-pressure piston, and, secondly, the control of the control valve via the magnet enables Fluid is drawn into the low-pressure cylinder when the low-pressure piston moves from a top dead center to a bottom dead center.
  • the high pressure cylinder and the low pressure cylinder are each supplied by a separate fluid circuit.
  • the fluid in the high-pressure circuit may be a fuel.
  • the control fluid in the fluid circuit of the low-pressure cylinder may be a lubricating or hydraulic oil. A separation of the fuel circuit from the control circuit of the low pressure cylinder is advantageous because there are no lubrication problems in the control circuit of the low pressure cylinder.
  • FIGURE of the drawing shows an embodiment of the inventive high-pressure piston pump in longitudinal section with a representation of two possible variants of a means to release pressure from the low-pressure cylinder if necessary.
  • the figure shows a hydraulically controlled high pressure piston pump according to the invention for high pressure supply of consumers.
  • the consumer is a rail of a common-rail injection system of internal combustion engines of motor vehicles.
  • the illustrated high-pressure piston pump has a pump housing 1.
  • the pump housing 1 may for example be installed in the housing of an internal combustion engine, not shown.
  • a high pressure cylinder 2 is accommodated, in which a high-pressure piston 3 back and forth against the biasing force of a spring 4 is movable.
  • the high-pressure piston 3 delivers high-pressure fluid, in the exemplary embodiment a fuel, to the rail.
  • the fuel is compressed to the so-called rail pressure P R.
  • the high-pressure piston pump shown in the figure further comprises a low-pressure cylinder 5, in which, driven by a cam 6, a low-pressure piston 7 back and forth.
  • a cam 6 The driving of a high-pressure piston through such a cam 6 is already known from the prior art, so that the fundamental principle of driving a piston, in the present case a low-pressure piston 7 via a cam 6, will not be discussed in greater detail.
  • the low-pressure piston 7 is provided with a roller 8, via which the cam drives the low-pressure piston 7.
  • the role 8 is shown in the exemplary embodiment. shrinking.
  • the hydraulic piston 7 is movable in the low pressure cylinder 5 between a bottom dead center 9 and a top dead center 10.
  • a foot 11 of the high-pressure piston 3 is received in an extension of the low-pressure cylinder 5.
  • the foot 11 of the high pressure piston 3 is thereby acted upon by the pressure of the low pressure cylinder 5.
  • the low-pressure piston 7 is drilled to reduce the mass inertia, d. H. provided in the embodiment with a bore 12. Furthermore, a return spring 13 is provided, which brings the low-pressure piston 7 back to the bottom dead center 9 or ensures that the roller 8 does not lift off from the cam 6.
  • a valve 14 is provided in the embodiment.
  • the valve 14 is designed as a ball valve. It is envisaged that during a movement of the low-pressure piston 7 from the top dead center 10 to the bottom dead center 9 through the ball valve 14 fluid is sucked into the low-pressure cylinder 5.
  • a means 15 is provided, which is formed in the embodiment as a control valve.
  • a magnet 16 is provided for actuating the control valve 15.
  • the control valve 15 is used in addition to the ball valve 14 for filling the hydraulic cylinder 5 use.
  • a regulation of the pressure in the low-pressure cylinder will be described by the fact that the means 15 discharge volumes from the low-pressure cylinder 5.
  • a filling of the low pressure cylinder 5 to regulate the pressure can be ana- log.
  • a discharge of pressure or fluid by means of the control valve 15 takes place - if necessary - during a movement of the low-pressure piston 7 from the bottom dead center 9 to the top dead center 10th
  • the control liquid in the low-pressure cylinder 5 is a lubricating or hydraulic oil in the embodiment.
  • the fuel circuit of the high-pressure cylinder 2 and the control circuit of the low-pressure cylinder 5 are two separate circuits.
  • the low-pressure piston 7 If the low-pressure piston 7 is on the way from the top dead center 10 to the bottom dead center 9, then the low-pressure piston 7 sucks in control fluid via the ball valve 14. At the same time opens the control valve 15 and the magnet 16 which opens the control valve 15 is energized.
  • the opening stroke of the magnet 16 may preferably be 0.5 millimeters.
  • the control fluid is sucked into the low-pressure cylinder 5 not only via the ball valve 14 but also via the control valve 15.
  • the minimum suction pressure pNzmm is above the cavitation pressure po of the control liquid. The filling of the low-pressure cylinder is thereby improved and allows a more precise control.
  • the ball valve 14 closes.
  • the pressure in the low-pressure cylinder 5 thus increases.
  • the control valve 15 is closed, so that the control fluid can not escape from the low pressure cylinder 5.
  • the closing of the control valve 15 takes place in that the magnet 16 is de-energized.
  • a control valve spring 17 presses a valve body 18 of the Control valve 15 to an associated valve seat 19. This is achieved in a simple manner that the control fluid does not escape from the low-pressure cylinder 5.
  • the pressure in the low pressure cylinder 5 thus increases rapidly.
  • the high-pressure piston 3 is raised against the spring 4, as a result of which the fuel in the high-pressure cylinder 2 rapidly compresses until the pressure p Hz exceeds the rail pressure p R.
  • P HZ > P R opens a high-pressure valve, in the embodiment, a high-pressure ball valve 20, and the fuel flows into a line which is connected to the rail, not shown.
  • the promotion stops until the high-pressure piston 3 has reached a top dead center 21.
  • the spring 4 causes the high pressure piston 3 is brought back from the top dead center 21 to a bottom dead center 22.
  • the control valve 15 opens during the movement of the high-pressure piston 3. This takes place in that the magnet 16, the valve body 18 of the control valve 15 attracts. In this case, the pressure in the low-pressure cylinder 5 drops and the delivery process of the high-pressure piston 3 is terminated prematurely.
  • the control fluid is controlled in the low-pressure cylinder 5 via the control valve 15 until the low-pressure cylinder 5 has reached its top dead center 10. Meanwhile, the spring 4 pushes the high pressure piston 3 in the bottom dead center 22 back.
  • the high pressure ball valve 20 closes and new fuel is drawn in via a suction valve 23 of the fuel circuit.
  • control valve 15 opens at the beginning of the compression, whereby a delayed pressure build-up is achieved. By doing so, the losses are lower.
  • V ⁇ - »1- P HZ 25
  • control valve 15.1 and 15.2 two variants of the control valve 15.1 and 15.2 are shown.
  • valve seat 19 is located on the high-pressure side
  • variant 15.2 it is located on the low-pressure side.
  • the diameter of a seatbelt 24 is greater than the diameter of the valve body 18 in both variants in the embodiment.
  • the valve body 18 in the closed and open state is almost powerless.
  • the magnet 16 then only has to overcome the force of the control valve spring 17 and the valve friction when opening.
  • a housing of the control valve 15 may be divided into two in this case. In the variant 15.1 it is provided that the diameter of the element 28 is equal to or greater than the diameter of the valve body 18. In the variant 15.2 is provided that the diameter is also smaller than the diameter of the seatbelt 24. In experiments, the control valve 15.2 has been found to be more suitable.
  • a relief valve 25 is provided in a design as a ball valve to relieve a spring chamber 26 of the spring 4 of leakage fuel.
  • the diameter of the foot 11 of the high-pressure piston 3 in the exemplary embodiment has the same diameter as the low-pressure piston 7.
  • the diameter of the foot 11 can also be selected larger or smaller if a stroke ratio is desired.
  • the foot 11 lies or rests on a boundary 27 or a (preferably annular) stop when the high-pressure piston 3 is at bottom dead center 22.
  • the limit 27 can be realized in any manner.
  • the embodiment shown in the embodiment lends itself to be able to choose the same diameter for the low-pressure cylinder 5 and its extension and the spring chamber 26 in a cost effective manner. Thus, these spaces can optionally be produced in one operation.
  • An application of the foot 11 of the high-pressure piston 3 with pressure of the low-pressure cylinder 5 can thus be realized in a simple manner.
  • the dead spaces of the two cylinders (2.5) should be chosen as small as possible.

Abstract

Eine hydraulisch gesteuerte Hochdruckkolbenpumpe zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, weist ein Pumpengehäuse (1) mit wenigstens einem Hochdruckzylinder (2) auf. In dem Hochdruckzylinder (2) ist ein Hochdruckkolben (3) gegen die Vorspannkraft einer Feder (4) hin- und herbewegbar aufgenommen, um mit Hochdruck beaufschlagtes Fluid zu dem Verbraucher zu fördern. Vorgesehen ist ein Niederdruckzylinder (5), in dem, angetrieben durch einen Nocken (6), ein Niederdruckkolben (7) hin-und herbewegbar ist, wobei der Hochdruckkolben (3) durch einen Druck im Niederdruckzylinder (5) angetrieben ist. Vorgesehen sind Mittel (15), umbei Bedarf das Volumen im Niederdruckzylinder (5) zu steuern und damit den Druck zu regulieren.

Description

Beschreibung
Titel
Hochdruckkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.
Stand der Technik
Eine hydraulisch gesteuerte Hochdruckkolbenpumpe der eingangs genannten Art ist aus der DE 199 38 504 Al bekannt. Diese zeigt eine Einzylinder-Hochdruck-Kolbenpumpe zur Hochdruckversorgung in einem Common-Rail-Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine. Die bekannte Kolbenpumpe umfasst eine Pumpengehäuse mit einem Hochdruckzylinder, in dem ein Hochdruckkolben gegen die Vorspannkraft einer Feder hin- und herbewegbar aufgenommen und durch einen Nocken angetrieben ist, um mit Hochdruck beaufschlagten Kraftstoff in ein Rail zu befördern. In derartigen Hochdruckzylinder werden Drücke bis zu 2500 bar erzeugt.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des An- Spruchs 1 zu schaffen, die effizient arbeitet und vielseitig einsetzbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10 zu schaffen, dass eine effiziente Hochdruck- Versorgung des Verbrauchers gewährleistet und vielseitig einsetzbar ist.
Die Aufgabe ist bei einer Hochdruckkolbenpumpe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass ein Niederdruckzylinder vorgesehen ist, in dem, angetrieben durch einen Nocken, ein Niederdruckkolben hin- und herbewegbar ist, wobei der Hochdruckkolben durch einen Druck im Niederdruckzylinder angetrieben ist, und wobei zusätzlich Mittel vorgesehen sind, um bei Bedarf in dem Niederdruckzylinder einen variablen Druck einzustellen.
Die Aufgabe bei einem Verfahren zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10 wird dadurch gelöst, dass zur Veränderung des Drucks in einem Niederdruckzylinder ein Niederdruckkolben hin- und herbewegt wird, wonach der Druck im Niederdruckzylinder zum Antreiben des Hochdruckkolbens verwendet wird und wonach nach Förderung einer vorgesehenen Menge an Fluid zu dem Verbraucher aus dem Niederdruckzylinder Druck abgelassen wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung kann der Volumenstrom zu dem Verbraucher, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, mit geringen Verlusten im Fall eines Common-Rail-Einspritzsystems eines Kraftstoffes, stufenlos von V max bis V = 0 gesteuert werden. Der maximale Hub des Hochdruckkolbens kann für den maximalen Förderstrom (Volllast) ausgelegt sein. Insbesondere Fahrzeugmotoren werden häufig in Teillast betrieben, wodurch eine Dosierung des Hochdruckstroms zu dem Verbraucher notwendig ist. Diese Dosierung wird erfindungsgemäß in einfacher Weise dadurch erreicht, dass durch die Mittel bei Bedarf der Niederdruckzylinder gedrosselt befüllt und/oder abgelassen wird, wodurch der Antrieb des Hochdruckkolbens beeinflusst und bei Bedarf der Fördervorgang des Hochdruckzylinders beendet wird.
Die erfindungsgemäße Lösung verursacht keine wesentliche Kavitation und fördert damit auch keine unerwünschte Materialzerstörung. Da sich der Absteuervorgang und/oder der Be- füllvorgang im Niederdruckzylinder vollzieht und dort verglichen mit dem Hochdruckzylinder ein wesentlich niedrigerer Druck herrscht, sind die Leistungsverluste wesentlich geringer als wenn die Steuerung, insbesondere eine Absteuerung, im Hochdruckzylinder erfolgen würde. Dadurch erwärmt sich das Fluid, beispielsweise ein Kraftstoff, deutlich weniger, wodurch eine wesentliche Temperaturerhöhung des Kraftstoffs im Tank, die insbesondere bei der Benzineinspritzung nicht zulässig ist, vermieden wird.
Von Vorteil ist es, wenn ein von dem Hochdruckzylinder abgewandter Fuß des Hochdruckkolbens mit dem Druck des Niederdruckzylinders beaufschlagt ist. Dies ermöglicht es, den Hochdruckkolben besonders einfach, effektiv und direkt anzutreiben.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Fuß des Hochdruckkolbens oberhalb eines oberen Totpunkts des Niederdruckkolbens vom Niederdruckzylinder oder einer Verlängerung des Niederdruckzylinders aufgenommen ist.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, den Fuß des Hochdruckkolbens besonders effektiv mit dem Druck des Niederdruckzylinders zu beaufschlagen. Eine Anordnung des Fußes des Hochdruckkolbens oberhalb des oberen Totpunkts des Niederdruckkolbens vermeidet eine ungewünschte Kollision. Eine Anordnung des Fußes des Hochdruckkolbens derart, dass die- ser von dem Niederdruckzylinder oder einer - gegebenenfalls im Durchmesser reduzierten - Verlängerung des Niederdruckzylinders aufgenommen wird, ermöglicht eine direkte Beaufschlagung des Fußes des Hochdruckkolbens mit dem Druck des Niederdruckkolbens. Aufwändige und teure Druckleitungen werden somit vermieden. Diese Lösung lässt sich besonders einfach und kostengünstig realisieren.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Hochdruckkolbenpumpe kann vorgesehen sein, dass das Mittel, um bei Bedarf aus dem Niederdruckzylinder Druck abzulassen oder den Niederdruckzylinder zu befallen, ein durch einen Magneten betätigbares Steuerventil ist, über welches bei einer Bewegung des Niederdruckkolbens von einem unteren Totpunkt zu einem oberen Totpunkt das Volumen im Niederdruckzylinder gesteuert wird, um damit den Druck zu regulieren.
Eine derartige Ausgestaltung der Mittel hat sich als kostengünstig und zuverlässig in der Handhabung herausgestellt. Eine Steuerung der im Niederdruckzylinder enthaltenen Steuerflüssigkeit, beispielsweise einem Schmier- oder Hydrauliköl, lässt sich durch ein Steuerventil, welches über einen Magneten gesteuert wird, in besonders einfacher Weise realisieren. Der Magnet dieses Steuerventils ermöglicht es, das Steuerventil druckunabhängig bei Bedarf zu schalten, um aus dem Niederdruckzylinder Druck abzulassen oder den Druck zu erhöhen.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der Nieder druckkol- ben zur Reduzierung der Massenträgheitskraft aufgebohrt ist. Dies ermöglicht einen besonders effektiven Betrieb des Niederdruckkolbens.
Von Vorteil ist es, wenn der Niederdruckkolben mit einer Rolle versehen ist, über welche der Nocken den Niederdruckkolben antreibt. Die Rolle, die beispielsweise auf den Niederdruckkolben aufgeschrumpft sein kann, ermöglicht es, den Niederdruckkolben besonders vorteilhaft durch den Nocken anzutreiben.
In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann eine Rückhol-Feder vorgesehen sein, welche den Niederdruckkolben in Richtung auf den unteren Totpunkt vorspannt.
Durch die Rückhol-Feder wird in einfacher Weise sichergestellt, dass der Niederdruckkolben auf den unteren Totpunkt zurückgeholt wird. Zudem kann die Rückhol-Feder auch dafür sorgen, dass die Rolle nicht von dem Nocken abhebt, wodurch beispielsweise unerwünschte Geräusche oder Schläge bzw. Kavitation zwischen Rolle und Nocken vermieden werden. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass bei einer Bewegung des Niederdruckkolbens von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt über wenigstens ein Ventil Fluid in den Niederdruckzylinder saugbar ist.
Die Befüllung des Niederdruckzylinders mit Fluid kann beispielsweise über ein einfaches Kugelventil erfolgen. Gleichzeitig kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Steuerventil geöffnet ist bzw. der Magnet, der das Steuerventil öffnet, unter Strom steht. Dadurch wird auch über das Steuerventil Fluid, beispielsweise ein Hydrauliköl, in den Niederdruckzylinder gesaugt. Die Steuerung des Steuerventils über einen Magneten ermöglicht somit zum einen, dass aus dem Niederdruckzylinder Druck abgelassen werden kann, wenn eine vorgesehene Menge an Fluid durch die Bewegung des Hochdruckkolbens zu dem Verbraucher gefördert wurde, zum anderen ermöglicht die Steuerung des Steuerventils über den Magnet, dass Fluid in den Niederdruckzylinder gesaugt wird, wenn sich der Niederdruckkolben von einem oberen Totpunkt zu einem unteren Totpunkt bewegt.
Von Vorteil ist es, wenn der Hochdruckzylinder und der Niederdruckzylinder von jeweils einem eigenen Fluidkreislauf versorgt sind.
Bei einem Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung in Common-Rail-Einspritzsystemen kann es sich bei dem Fluid im Hochdruckkreislauf um einen Kraftstoff handeln. Die Steuerflüssig- keit im Fluidkreislauf des Niederdruckzylinders kann ein Schmier- oder Hydrauliköl sein. Eine Trennung des Kraftstoffkreislaufs von dem Steuerkreislauf des Niederdruckzylinders ist von Vorteil, da es im Steuerkreislauf des Niederdruckzylinders keine Schmierungsprobleme gibt.
Nachfolgend ist anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung prinzipmäßig dargestellt. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel der erfϊndungsgemäßen Hochdruckkolbenpumpe im Längsschnitt mit einer Darstellung von zwei möglichen Varian- ten eines Mittels, um bei Bedarf aus dem Niederdruckzylinder Druck abzulassen.
Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße hydraulisch gesteuerte Hochdruckkolbenpumpe zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern. Im Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich bei dem Verbraucher um ein Rail eines Common-Rail-Einspritzsystems von Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen.
Die dargestellte Hochdruckkolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 auf. Das Pumpengehäuse 1 kann beispielsweise in das Gehäuse einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine eingebaut sein. In dem Pumpengehäuse 1 ist ein Hochdruckzylinder 2 aufgenommen, in dem ein Hochdruckkolben 3 gegen die Vorspannkraft einer Feder 4 hin- und herbewegbar ist. Der Hochdruckkolben 3 fördert mit Hochdruck beaufschlagtes Fluid, im Ausführungsbeispiel einen Kraftstoff, zu dem Rail. Im Hochdruckzylinder 2 wird der Kraftstoff auf den sogenannten Rail-Druck PR verdichtet.
Die in der Figur dargestellte Hochdruckkolbenpumpe weist des weiteren einen Niederdruckzylinder 5 auf, in dem, angetrieben durch einen Nocken 6, ein Niederdruckkolben 7 hin- und herbewegbar ist. Das Antreiben eines Hochdruckkolbens durch einen derartigen Nocken 6 ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt, so dass auf das grundsätzliche Prinzip des Antrei- bens eines Kolbens, im vorliegenden Fall eines Niederdruckkolbens 7 über einen Nocken 6, nicht näher eingegangen wird.
Im Ausführungsbeispiel ist der Niederdruckkolben 7 mit einer Rolle 8 versehen, über welche der Nocken den Niederdruckkolben 7 antreibt. Die Rolle 8 ist im Ausführungsbeispiel aufge- schrumpft.
Der Hydraulikkolben 7 ist in dem Niederdruckzylinder 5 zwischen einem unteren Totpunkt 9 und einem oberen Totpunkt 10 bewegbar.
Oberhalb des oberen Totpunkts 10 des Niederdruckkolbens 7 ist in einer Verlängerung des Niederdruckzylinders 5 ein Fuß 11 des Hochdruckkolbens 3 aufgenommen. Der Fuß 11 des Hochdruckkolbens 3 wird dadurch mit dem Druck des Niederdruckzylinders 5 beaufschlagt.
Der Niederdruckkolben 7 ist zur Reduzierung der Massenträgheitskraft aufgebohrt, d. h. im Ausführungsbeispiel mit einer Bohrung 12 versehen. Des weiteren ist eine Rückhol-Feder 13 vorgesehen, welche den Niederdruckkolben 7 auf den unteren Totpunkt 9 zurückholt bzw. dafür sorgt, dass die Rolle 8 nicht von dem Nocken 6 abhebt.
Zur Befüllung des Niederdruckzylinders 5 ist im Ausführungsbeispiel ein Ventil 14 vorgesehen. Das Ventil 14 ist als Kugelventil ausgebildet. Vorgesehen ist dabei, dass bei einer Bewegung des Niederdruckkolbens 7 vom oberen Totpunkt 10 zu dem unteren Totpunkt 9 über das Kugelventil 14 Fluid in den Niederdruckzylinder 5 gesaugt wird.
Um bei Bedarf in dem Niederdruckzylinder 5 zu verhindern, dass sich Druck aufbaut bzw. um Druck abzulassen, ist ein Mittel 15 vorgesehen, welches im Ausführungsbeispiel als Steuerventil ausgebildet ist. Zur Betätigung des Steuerventils 15 ist ein Magnet 16 vorgesehen. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Steuerventil 15 zusätzlich zu dem Kugelventil 14 auch zur Befüllung des Hydraulikzylinders 5 Verwendung findet.
Nachfolgend wird im Ausführungsbeispiel eine Regulierung des Druckes in dem Niederdruckzylinder dadurch beschreiben, dass die Mittel 15 Volumen aus dem Niederdruckzylinder 5 ablassen. Eine Befüllung des Niederdruckzylinders 5 zur Regulierung des Drucks kann ana- log erfolgen.
Ein Ablassen von Druck bzw. Fluid mittels dem Steuerventil 15 erfolgt - bei Bedarf - während einer Bewegung des Niederdruckkolbens 7 von dem unteren Totpunkt 9 zu dem oberen Totpunkt 10.
Die Steuerflüssigkeit im Niederdruckzylinder 5 ist im Ausführungsbeispiel ein Schmier- oder Hydrauliköl. Der Kraftstoffkreislauf des Hochdruckzylinders 2 und der Steuerkreislauf des Nieder druckzy linders 5 sind zwei getrennte Kreisläufe.
Nachfolgend wird ein komplettes Arbeitsspiel der Hochdruckkolbenpumpe beschrieben.
Befindet sich der Niederdruckkolben 7 auf dem Weg vom oberen Totpunkt 10 zum unteren Totpunkt 9, dann saugt der Niederdruckkolben 7 Steuerflüssigkeit über das Kugelventil 14 an. Gleichzeitig öffnet das Steuerventil 15 bzw. der Magnet 16, der das Steuerventil 15 öffnet, wird unter Strom gestellt. Der Öffnungshub des Magneten 16 kann vorzugsweise 0,5 Millimeter betragen. Dadurch wird die Steuerflüssigkeit nicht nur über das Kugelventil 14, sondern auch über das Steuerventil 15 in den Niederdruckzylinder 5 gesaugt. Im Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass der minimale Ansaugdruck pNzmm über den Kavitationsdruck po der Steu- erflüssigkeit liegt. Die Füllung des Niederdruckzylinders wird dadurch verbessert und eine genauere Steuerung ermöglicht.
Sobald der Nocken 6 den Niederdruckkolben 7 aus dem unteren Totpunkt 9 anhebt, schließt das Kugelventil 14. Der Druck im Niederdruckzylinder 5 steigt somit an. Wenn eine Volllast- förderung des Hochdruckzylinders 2 vorgesehen ist, wird das Steuerventil 15 verschlossen, so dass die Steuerflüssigkeit nicht aus dem Niederdruckzylinder 5 entweichen kann. Im Ausführungsbeispiel erfolgt das Verschließen des Steuerventils 15 dadurch, dass der Magnet 16 stromlos geschaltet wird. Somit drückt eine Steuerventilfeder 17 einen Ventilkörper 18 des Steuerventils 15 auf einen zugeordneten Ventilsitz 19. Dadurch wird in einfacher Weise erreicht, dass die Steuerflüssigkeit nicht aus dem Niederdruckzylinder 5 entweicht. Der Druck im Niederdruckzylinder 5 steigt somit schnell an. Ist der Druck im Niederdruckzylinder 5 hinreichend groß, wird der Hochdruckkolben 3 gegen die Feder 4 angehoben, wodurch der Kraft- Stoff im Hochdruckzylinder 2 rasch verdichtet, bis der Druck pHz den Raildruck pR übersteigt. Für PHZ>PR öffnet ein Hochdruckventil, im Ausführungsbeispiel ein Hochdruckkugelventil 20, und der Kraftstoff fließt in eine Leitung, die mit dem nicht näher dargestellten Rail verbunden ist. Die Förderung hält solange an, bis der Hochdruckkolben 3 einen oberen Totpunkt 21 erreicht hat. Die Feder 4 bewirkt, dass der Hochdruckkolben 3 von dem oberen Totpunkt 21 wieder zu einem unteren Totpunkt 22 zurück geholt wird.
Ist nur eine Teilförderung des Kraftstoffes in das Rail vorgesehen, dann öffnet das Steuerventil 15 während der Bewegung des Hochdruckkolbens 3. Dies erfolgt dadurch, dass der Magnet 16 den Ventilkörper 18 des Steuerventils 15 anzieht. In diesem Fall fällt der Druck im Nie- derdruckzylinder 5 ab und der Fördervorgang des Hochdruckkolbens 3 wird vorzeitig beendet. Die Steuerflüssigkeit wird im Niederdruckzylinder 5 über das Steuerventil 15 abgesteuert, bis der Niederdruckzylinder 5 seinen oberen Totpunkt 10 erreicht hat. Inzwischen drückt die Feder 4 den Hochdruckkolben 3 in dessen unteren Totpunkt 22 zurück. Das Hochdruckkugelventil 20 schließt und neuer Kraftstoff wird über ein Saugventil 23 des Kraftstoffkreislaufs angesaugt.
Erfindungsgemäß kann alternativ oder ergänzend dazu auch vorgesehen sein, dass das Steuerventil 15 zu Beginn der Verdichtung öffnet, wodurch ein verzögerter Druckaufbau erreicht wird. Durch diese Vorgehensweise sind die Verluste geringer.
Der Absteuervorgang im Niederdruckzylinder 5 vollzieht sich bei einem niedrigen Druck von z. B. PNZ - lObar. Fließt dabei im zeitlichen Mittel der Volumenstrom V NZ, dann entsteht ein Leistungsverlust in der Größenordnung von PNz = ΔpNz ■ VNz - 1 06 ■ VNz
Im Vergleich dazu würde der Leistungsverlust
V„
PHz = ΔPHZ 1 v„ 2500 ■ 10- = 250 ■ 10" v„
10
betragen, wenn, wie bei den Pumpen gemäß dem Stand der Technik, der Hochdruckstrom abgesteuert wird. Im Ausfuhrungsbeispiel wurde ein Druckübersetzungsverhältnis von 10 ge- wählt. Das Verhältnis von
V = ^- » 1- PHZ 25
beträgt bei Vernachlässigung der Kompressibilität der Flüssigkeiten nur 1/25.
In der Figur des Ausführungsbeispiels sind zwei Varianten des Steuerventils 15.1 und 15.2 dargestellt. In der Variante 15.1 befindet sich der Ventilsitz 19 auf der Hochdruckseite, während er sich bei der Variante 15.2 auf der Niederdruckseite befindet.
Der Durchmesser eines Sitzbundes 24 ist in beiden Varianten im Ausführungsbeispiel größer als der Durchmesser des Ventilkörpers 18. Bei einer geeigneten Wahl des Durchmessers eines Elementes 28 des Steuerventils 15 ist der Ventilkörper 18 im geschlossenen und geöffneten Zustand fast kraftlos. Der Magnet 16 hat dann nur die Kraft der Steuerventilfeder 17 und die Ventilreibung beim Öffnen zu überwinden. Ein Gehäuse des Steuerventils 15 kann in diesem Fall zweigeteilt sein. In der Variante 15.1 ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Elements 28 gleich groß oder größer ist als der Durchmesser des Ventilkörpers 18. In der Variante 15.2 ist vorgesehen, dass der Durchmesser zudem kleiner ist als der Durchmesser des Sitzbundes 24. In Versuchen hat sich das Steuerventil 15.2 als geeigneter herausgestellt.
Wie sich aus der Figur ergibt, ist ein Entlastungsventil 25 in einer Ausbildung als Kugelventil vorgesehen, um einen Federraum 26 der Feder 4 von Leckagekraftstoff zu entlasten.
Der Durchmesser des Fußes 11 des Hochdruckkolbens 3 weist im Ausführungsbeispiel den gleichen Durchmesser auf wie der Niederdruckkolben 7. Grundsätzlich kann der Durchmesser des Fußes 11 auch größer oder kleiner gewählt werden, falls eine Hubübersetzung erwünscht ist.
Wie ferner aus der Figur ersichtlich ist, liegt bzw. ruht der Fuß 11 auf einer Begrenzung 27 bzw. einem (vorzugsweise ringförmigen) Anschlag, wenn sich der Hochdruckkolben 3 im unteren Totpunkt 22 befindet. Die Begrenzung 27 kann in beliebiger Art und Weise realisiert werden. Die im Ausführungsbeispiel dargestellte Ausgestaltung bietet sich an, um für den Niederdruckzylinder 5 bzw. dessen Verlängerung und den Federraum 26 in kostengünstiger Weise denselben Durchmesser wählen zu können. Somit können diese Räume gegebenenfalls in einem Arbeitsgang hergestellt werden. Eine Beaufschlagung des Fußes 11 des Hochdruckkolbens 3 mit Druck des Niederdruckzylinders 5 lässt sich somit in einfacher Weise realisie- ren.
Die Toträume der beiden Zylinder (2,5) sollten möglichst sehr klein gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Hochdruckkolbenpumpe zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern, insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, mit einem Pumpengehäuse (1) mit wenigstens einem Hochdruckzylinder (2), in dem ein Hochdruckkolben (3) gegen die Vorspannkraft einer Feder (4) hin- und herbewegbar aufgenommen ist, um mit Hochdruck beaufschlagtes Fluid zu dem Verbraucher zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass ein Niederdruckzylinder (5) vorgesehen ist, in dem, angetrieben durch einen Nocken (6), ein Nieder druckkolben (7) hin- und herbewegbar ist, wobei der Hochdruckkolben (3) durch einen Druck im Niederdruckzylinder (5) angetrieben ist, und wobei zusätzlich Mittel (15) vorgesehen sind, um bei Bedarf, in dem Niederdruckzylinder (5) einen variablen Druck einzustellen.
2. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein von dem Hochdruckzylinder (2) abgewandter Fuß (11) des Hochdruckkolbens (3) mit dem Druck des Niederdruckzylinders (5) beaufschlagt ist.
3. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fuß (11) des Hochdruckkolbens (3) oberhalb eines oberen Totpunkts (10) des Niederdruckkol- bens (7) vom Niederdruckzylinder (5) oder einer Verlängerung des Niederdruckzylinders (5) aufgenommen ist.
4. Hochdruckkolbenpumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (15) ein durch einen Magneten (16) betätigbares Steuerventil ist, über welches bei einer Bewegung des Niederdruckkolbens (7) von einem unteren Totpunkt (9) zu einem oberen Totpunkt (10), der Niederdruckzylinder (5) befüllbar oder ablassbar ist, um den Druck zu regulieren.
5. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckkolben (7) zur Reduzierung der Massenträgheitskraft aufgebohrt ist.
6. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckkolben (7) mit einer Rolle (8) versehen ist, über welche der Nocken den Niederdruckkolben (7) antreibt.
7. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückhol-Feder (13) vorgesehen ist, welche den Niederdruckkolben (7) in
Richtung auf den unteren Totpunkt (9) vorspannt.
8. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bewegung des Niederdruckkolbens (7) von dem oberen Totpunkt (10) zu dem unteren Totpunkt (9) über wenigstens ein Ventil (14) Fluid in den Niederdruckzylinder (5) saugbar ist.
9. Hochdruckkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckzylinder (2) und der Niederdruckzylinder (5) von jeweils einem ei- genen Fluidkreislauf versorgt sind.
10. Verfahren zur Hochdruckversorgung von Verbrauchern, insbesondere in Common-Rail- Einspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, wonach in einem Pumpengehäuse (1) mit wenigstens einem Hochdruckzylinder (2) ein Hochdruckkolben (3) gegen die Vor- Spannkraft einer Feder (4) hin- und herbewegt wird, um mit Hochdruck beaufschlagtes
Fluid zu dem Verbraucher zu fördern, dadurch gekennzeichnet, dass zur Veränderung des Drucks in einem Nieder druckzy linder (5) ein Nieder druckkolben (7) hin- und herbewegt wird, wonach der Druck im Niederdruckzylinder (5) zum Antreiben des Hoch- druckkolbens (3) verwendet wird, und wonach nach Förderung einer vorgesehenen Menge an Fluid zu dem Verbraucher aus dem Niederdruckzylinder (5) Druck abgelassen wird.
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