DE19729789A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail- Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung mehrere nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben, die bei Umdrehen der Antriebswelle in dem Zylinderraum in radialer Richtung hin- und herbewegbar sind, und mit Rückschlagventilen auf der Ansaugseite und der Hochdruckseite, wobei für jeden Kolben ein den jeweiligen Zylinderraum bildendes metallisches Gehäuseteil mit einer Kraftstoffzuführöffnung und einer Kraftstoffabführöffnung vorgesehen ist.

Bei derartigen Radialkolbenpumpen ist das Gehäuseteil über eine Anzahl von elastomeren Dichtungselementen gegen andere Gehäusebereiche abgestützt und abgedichtet. Dies führt zu einer undefinierten Anordnung der Bauteile der Pumpe.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bis 2000 bar hochdruckdichte Radialkolbenpumpe zu schaffen, bei der die hochdruckbeaufschlagten Bauteile und deren Dicht stellen voneinander entkoppelt und im montierten Zustand statisch exakt definiert sind.

Diese Aufgabe wird bei einer Radialkolbenpumpe der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gehäuseteil bezüglich der Antriebswelle von radial außen mit ebener Anlagefläche gegen einen metallischen Gehäusegrundkörper anliegt und ein vorspringender zum Zylinderraum konzentrischer antriebswellenzugewandter Abschnitt des Gehäuseteils sich durch eine radiale Öffnung des Gehäusegrundkörpers hindurch in Richtung auf die Antriebswelle erstreckt, daß in der ebenen Anlagefläche die Kraftstoffzuführöffnung und die Kraftstoffabführöffnung münden und mit weiteren Zuführ- bzw. Abführöffnungen in dem Gehäusegrundkörper fluchten, und daß das Gehäuseteil über Schrauben derart gegen den Gehäusegrundkörper angezogen ist, daß die Anlageflächen ohne Zwischenordnung von Dichtungselementen eine Hochdruckabdichtung bewirken.

Während bei der vorbekannten Radialkolbenpumpe auch die Hochdruckabdichtung über elastomere zwischengeordnete Dichtungselemente erreicht wurde und die Montage der die Hochdruckseite begrenzenden Komponenten - wie eingangs erwähnt - einen Kraftfluß über mehrere Komponenten umfaßte, was zu einer statischen Unbestimmtheit führte, wird mit der Erfindung vorgeschlagen, die Abdichtung über ebene metallische Anlageflächen des jeweiligen radial äußeren Gehäuseteils und des Gehäusegrundkörpers, die gegeneinander angezogen werden, zu bewirken. Die Kraftstoffzufuhr und die Kraftstoffabfuhr in bzw. aus dem Zylinderraum erfolgt über die jeweilige Kraftstoffzuführöffnung und die Kraftstoffabführöffnung, die einerseits im Ansaug- oder Verdichtungsraum und andererseits in der gegen den Gehäusegrundkörper zugewandten Anlagefläche des Gehäuseteils münden. Das Gehäuseteil kann statisch genau bestimmt ohne Zwischenordnung irgendwelcher Dichtungselemente an den Gehäusegrundkörper anliegen. Beim Anziehen des Gehäuseteils gegen den Gehäusegrundkörper erfolgt eine sog. harte Abdichtung durch die metallischen Anlageflächen des radial äußeren Gehäuseteils und des Gehäusegrundkörpers.

Vorzugsweise sind alle mit Hochdruck beaufschlagten Dichtstellen von gegeneinander angezogenen metallischen Bauteilen ohne Zwischenordnung zusätzlicher Dichtungselemente gebildet.

Hierfür werden die Oberflächen der dichtend gegeneinander anliegenden metallischen Bauteile bearbeitet, insbesondere geläppt, um eine erwünschte Oberflächenrauhigkeit zu erzeugen. Wenn das Läppen nur schwer oder gar nicht durchführbar ist, weil ein betreffendes Bauteil einen vorspringenden Zapfen o. dgl. aufweist, so kann eine zur Ausbildung einer harten Abdichtung (Metall auf Metall) ausreichende Oberflächenbeschaffenheit auch durch Hartdrehen, d. h. spanabhebende Bearbeitung nach der Wärmeaushärtung, erreicht werden.

Um eine korrekte Montageposition sicherzustellen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, daß der vorspringende antriebswellenzugewandte Abschnitt des Gehäuseteils einen Zentrierbund bildet, mit dem das Gehäuseteil in der radialen Öffnung des Gehäusegrundkörpers positionierbar ist.

Um den beim Verdichtungshub der Pumpenkolben nicht nutzbaren Totraum so klein wie möglich zu halten und damit den Wirkungsgrad der Radialkolbenpumpe zu erhöhen, erweist es sich als vorteilhaft, wenn das ansaugseitige und das hochdruckseitige Rückschlagventil in das jeweilige den Zylinderraum bildende Gehäuseteil integriert sind.

Der Zylinderraum könnte von einer radial nach außen verlaufenden Sacklochbohrung in dem Gehäuseteil gebildet sein. Um die Wandung des Zylinderraums in geeigneter Weise bearbeiten zu können, z. B. zu läppen, erweist es sich indessen als vorteilhaft, wenn das Gehäuseteil eine den Zylinderraum bildende zur Antriebswelle radial verlaufende Durchgangsöffnung aufweist, die radial außen von einem metallischen Verschlußelement, das in die Durchgangsöffnung eingeschraubt ist, verschlossen ist.

Zur Abdichtung der Durchgangsöffnung durch das metallische Verschlußelement wird dieses in vorteilhafter Weise mit seiner Stirnseite gegen eine axiale Stufe in der Durchgangsöffnung derart angezogen, daß eine hochdruckdichte Abdichtung erreicht ist.

In weiterer Ausbildung dieses Erfindungsgedankens ist an der Stirnseite des Verschlußelements eine kantige oder sickenförmige umlaufende Erhebung ausgebildet, die beim Anziehen der Bauteile gegeneinander zu einer dichtenden plastischen Verformung entlang der Erhebung führt. Die Erhebung selbst wird jedoch nicht verformt sondern bildet nur die harte Abdichtung der ebenen Flächen.

Diese als Beißkantentechnik bezeichnete Abdichtung ist nicht auf die Abdichtung der radialen Durchgangsöffnung in dem den Zylinderraum bildenden Gehäuseteil mittels des Verschlußelements beschränkt, sondern auch auf andere Einsatzteile, insbesondere einschraubbare Teile, wie z. B. den Verschluß einer Zugangsöffnung zu einem Rückschlagventil, oder einen einschraubbaren Hochdruckstutzen anwendbar.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der zeichnerischen Darstellung der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe in Richtung der Antriebswelle;

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf das radial äußere einen Zylinderraum bildende Gehäuseteil in Richtung der Pfeile III-III in Fig. 2; und

Fig. 4 einem Ausschnitt aus Fig. 2 in vergrößerter Darstellung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen, insbesondere bei Common-Rail-Systemen, von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung konzipiert. Als Regelkonzept wird das Prinzip der Saugdrosselregelung verfolgt. Die Kraftstoffzufuhr und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumeßeinheit.

Die Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 2 bezeichneten Pumpengehäuse gelagerte Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6 ist eine Ablaufbuchse 8 vorgesehen, gegenüber der der Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Gegen die äußere Mantelfläche der Ablaufbuchse 8, die zylindrisch oder polygonal ausgebildet sein kann, stützen sich drei jeweils um 120° zueinander versetzt in radialer Richtung angeordnete Kolben 10 ab. Die Kolben 10 umfassen einen in einem Zylinderraum 12 geführten Stößel 14, an dessen der Antriebswelle 4 zugewandtem Ende ein tellerförmiger Anlageabschnitt 16 ausgebildet ist, mit dem der jeweilige Kolben 10 gegen die äußere Mantelfläche der Ablaufbuchse 8 unter Vorspannung einer Feder 18 abgestützt ist. Der Zylinderraum 12 eines jeweiligen Stößels 14 wird von einen radial zur Antriebswelle 4 verlaufenden Durchgangsöffnung 20 und einem radial in diesen Durchgangsöffnung beweglichen Pumpenkolben 10 in einem radial äußeren Gehäuseteil 22 gebildet. Das Gehäuseteil 22 ist im wesentlichen blockförmig und weist eine der Antriebswelle 4 zugewandte zur Längsrichtung der Durchgangsöffnung 20 senkrecht verlaufende Anlagefläche 26 auf, mit der das Gehäuseteil 22 gegen eine gleichfalls ebene von der Antriebswelle 4 radial nach außen abgewandte Anlagefläche 28 eines Gehäusegrundkörpers 30 anliegt.

In einen durchmessererweiterten radial äußeren Endabschnitt 31 der Durchgangsöffnung 20 ist ein als Verschlußschraube ausgebildetes Verschlußelement 32 dichtend eingeschraubt. Zwischen der Stirnseite 34 des Verschlußelements 32 und einer axialen Stufe 36 in der Durchgangsöffnung 20 ist ein scheibenförmiges Element 38 mit einer zentralen Öffnung 40 und mit mindestens einer von der zentralen Öffnung 40 ausgehenden radialen Öffnung 42 eingesetzt. Die radiale Öffnung 42 kommuniziert mit einer Kraftstoffzuführöffnung 44 und 46 in dem Gehäuseteil 22, welche in die Anlagefläche 26 des Gehäuseteils 22 mündet und mit einer weiteren Zuführöffnung 47 in dem Gehäusegrundkörper 30 fluchtet. Ein ansaugseitiges Rückschlagventil 48 ist auf der pumpenkolbenzugewandten Seite des scheibenförmigen Elements 38 vorgesehen. Es umfaßt eine topfförmige Halterung, in der eine Druckfeder untergebracht ist, die einen scheibenförmigen Ventilkörper gegen die zentrale Öffnung 40 in dem Scheibenelement 38 vorspannt.

Von dem Zylinderraum 12 führt eine Kraftstoffabführöffnung 60 weg, in der ein hochdruckseitiges Rückschlagventil 62 untergebracht ist und die in eine weitere Kraftstoffabführöffnung 61 führt, welche ebenfalls in der Anlagefläche 26 des Gehäuseteils 22 mündet und mit einer weiteren zu einem Hochdruckstutzen 64 führenden Abführleitung 65 fluchtet.

Das Gehäuseteil 22 umfaßt einen zur Antriebswelle 4 vorspringenden und zum Zylinderraum 12 konzentrischen Abschnitt 66, der in eine radiale Öffnung 67 in dem Gehäusegrundkörper 30 eingreift. Am Übergang von der Anlagefläche 26 zu dem Abschnitt 66 ist ein Zentrierbund 68 vorgesehen, mit dem das Gehäuseteil 22 in der radialen Öffnung 67 positioniert ist. Das Gehäuseteil 22 ist über Schrauben 69 gegen den Gehäusegrundkörper 30 derart angezogen, daß die Anlagefläche 26 des Gehäuseteils 22 und die Anlagefläche 28 des Gehäusegrundkörpers 30 in direkter metallischer Anlage aneinander eine Hochdruckabdichtung bewirken, so daß die Kraftstoffzuführöffnungen 46, 47 und die weiteren Zuführ- bzw. Abführöffnungen 61, 65 in dem Gehäusegrundkörper 30 abgedichtet sind, und zwar ohne daß zusätzliche Dichtungselemente verwendet werden müssen. Auf diese Weise ist im montierten Zustand der Radialkolbenpumpe eine statisch genau definierte Lage des Gehäuseteils 22 am Gehäusegrundkörper 30 erreicht, und sämtliche Hockdruckdichtstellen sind voneinander entkoppelt. Dadurch, daß die Rückschlagventile 48, 62 in dem radial äußeren Gehäuseteil 22 untergebracht sind, ist dieses Gehäuseteil als Baugruppe vormontierbar und gesondert druckprüfbar.

Die Abdichtung des durchmessererweiterten radial äußeren Endabschnitts 31 der Durchgangsöffnung 20 durch das eingeschraubte Verschlußelement 32 erfolgt dadurch, daß an der Stirnseite 34 des Verschlußelements 32 eine um die zentrale Öffnung 40 in dem Scheibenelement 38 umlaufende sickenförmige Erhebung 70, eine sogenannte Beißkante, vorgesehen ist, die sich beim Anziehen des Verschlußelements 32 in das Metall des Scheibenelements 38 "eingräbt". Hierdurch wird das Scheibenelement 38 mit seiner gegenüberliegenden Seite derart gegen die axiale hartgedrehte Stufe 36 gedrückt, daß auch dort eine Hochdruckabdichtung erzielt wird.

In entsprechender Weise ist auch an der Stirnseite 72 des Hochdruckstutzens 64 eine Beißkante 74 ausgebildet. Auch eine Verschlußschraube 76, welche eine Montage- und Zugangsöffnung zu dem hochdruckseitigen Rückschlagventil 62 verschließt, ist mit einer Beißkante gegen eine Stufe angezogen.

Bei Umdrehung der Antriebswelle 4 aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung wird der Kolben 10 unter Wirkung der Druckfeder 18 aus dem Zylinderraum 12 herausbewegt. Hierdurch sinkt der Druck im Zylinderraum, und bei Unterschreiten eines Öffnungsdrucks öffnet das ansaugseitige Rückschlagventil 48, so daß Kraftstoff über die Zuführöffnung 46, 44, 42, 40 in den Zylinderraum angesaugt wird. Beim anschließenden Verdichtungshub schließt das Rückschlagventil 48 und das hochdruckseitige Rückschlagventil 62 öffnet, so daß unter Hochdruck stehender Kraftstoff über die Abführöffnung 60, 61, 65 zum Hochdruckstutzen 64 gefördert werden kann.

Claims (8)

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) gelagerten Antriebswelle (4), die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangsrichtung mehrere nockenartige Erhebungen aufweist, und mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum (12) angeordneten Kolben (10), die bei Umdrehen der Antriebswelle (4) in dem Zylinderraum in radialer Richtung hin- und her bewegbar sind, und mit Rückschlagventilen (48, 62) auf der Ansaugseite und der Hochdruckseite, wobei für jeden Kolben (10) ein den jeweiligen Zylinderraum (12) bildendes metallisches Gehäuseteil (22) mit einer Kraftstoffzuführöffnung (46, 44) und einer Kraftstoffabführöffnung (60, 61) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (22) bezüglich der Antriebswelle (4) von radial außen mit ebener Anlagefläche (26) gegen eine ebene Anlagefläche (28) des metallischen Gehäusegrundkörper (30) anliegt und ein vorspringender zum Zylinderraum (12) konzentrischer antriebswellenzugewandter Abschnitt (66) des Gehäuseteils (22) sich durch eine radiale Öffnung (67) des Gehäusegrundkörpers (30) hindurch in Richtung auf die Antriebswelle (4) erstreckt, daß in der ebenen Anlagefläche (26) die Kraftstoffzuführöffnung (46) und die Kraftstoffabführöffnung (61) münden und mit weiteren Zuführ- bzw. Abführöffnungen (47, 65) in dem Gehäusegrundkörper (30) fluchten, und daß das Gehäuseteil (22) über Schrauben (69) derart gegen den Gehäusegrundkörper (30) angezogen ist, daß die Anlageflächen (26, 28) ohne Zwischenordnung von Dichtungselementen eine Hochdruckabdichtung bewirken.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit Hochdruck beaufschlagten Dichtstellen von gegeneinander angezogenen metallischen Bauteilen (22, 30; 32, 38; 64, 30; 22, 76) ohne Zwischenordnung zusätzlicher Dichtungselemente gebildet sind.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende antriebswellenzugewandte Abschnitt (66) des Gehäuseteils (22) einen Zentrierbund (68) bildet, mit dem das Gehäuseteil (22) in der radialen Öffnung (67) des Gehäusegrundkörpers (30) positionierbar ist.

4. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ansaugseitige und das hochdruckseitige Rückschlagventil (48, 62) in das Gehäuseteil (22) integriert sind.

5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuseteil (22) eine den Zylinderraum (12) bildende zur Antriebswelle (4) radial verlaufende Durchgangsöffnung (20) aufweist, die radial außen von einem metallischen Verschlußelement (32), das in die Durchgangsöffnung (20) eingeschraubt ist, verschlossen ist.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Verschlußelement (32) mit seiner Stirnseite (34) gegen eine axiale Stufe (36) in der Durchgangsöffnung (20) derart angezogen ist, daß eine hochdruckdichte Abdichtung bewirkt wird.

7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite (34) des Verschlußelements (32) eine kantigse oder sickenförmige umlaufende Erhebung (70) ausgebildet ist, die beim Anziehen der Bauteile gegeneinander zu einer dichtenden plastischen Verformung entlang der Erhebung führt.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an einer der gegeneinander anliegenden Dichtflächen der metallischen Bauteile (32, 38, 22; 64, 30; 76, 22)) eine kantige oder sickenförmige Erhebung (70, 74) ausgebildet ist, die beim Anziehen der Bauteile gegeneinander zu einer dichtenden plastischen Verformung entlang der Erhebung führt.