DE19801398A1

DE19801398A1 - Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung

Info

Publication number: DE19801398A1
Application number: DE19801398A
Authority: DE
Inventors: Josef Guentert; Bernd Streicher; Kasim-Melih Hamutcu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-22
Also published as: WO1999036697A1; EP1047875A1; US6446604B1; JP2002509223A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse exzentrisch gelagerten Antriebswelle, auf der ein Ring gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind.

Bei einer derartigen innen abgestützten Radialkolbenpumpe hat jeweils der Fuß der Kolben Kontakt mit dem auf der Antriebswelle gelagerten Ring. Die Kolben werden infolge der Exzentrizität der Antriebswelle nacheinander in eine Hin- und Herbewegung versetzt. Der Hub der Kolben ist dabei konstant und entspricht dem zweifachen Betrag der Exzentrizität der Antriebswelle.

Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine zu erhöhen, ist vorgeschlagen worden, die Zylinderräume bei sinkendem Bedarf mit weniger Kraftstoff zu befüllen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Teilbefüllung der Zylinderräume der Radialkolbenpumpe zu ermöglichen. Dabei soll der Verschleiß der einzelnen Bauteile minimiert und Beschädigungen im Betrieb vermieden werden. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe einen Pumpendruck von bis zu 2000 bar in Förderrichtung aushalten.

Das Problem ist bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse exzentrisch gelagerten Antriebswelle, auf der ein Ring gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordneten Kolben zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle in dem jeweiligen Zylinderraum in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, dadurch gelöst, daß eine Führungseinrichtung ein Verdrehen des Rings um seine eigene Achse verhindert. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, daß der erhöhte Verschleiß und die Beschädigungen bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen auf ein Verdrehen des Rings um seine eigene Achse zurückzuführen sind. Durch die Führungseinrichtung wird dieses Verdrehen verhindert.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung einen Vorsprung umfaßt, der sich zumindest teilweise parallel zur Drehachse der Antriebswelle erstreckt und in eine Vertiefung ragt, deren Abmessungen größer als die des Vorsprungs sind. Dabei kann der Vorsprung entweder an dem Ring oder an dem Pumpengehäuse ausgebildet sein. Im ersten Fall ist die zugehörige Vertiefung in dem Pumpengehäuse und im zweiten Fall im Ring vorgesehen. Der Vorsprung kann sich in Querrichtung nur soweit bewegen, wie es die Abmessungen der Vertiefung zulassen. Dadurch ist vorteilhaft gewährleistet, daß die Bewegungen des Rings in Umfangsrichtung eingeschränkt werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung an dem Ring und die Vertiefung in dem Pumpengehäuse ausgebildet ist. Der umgekehrte Fall ist, wie vorab geschildert, auch möglich, allerdings ist in diesem Fall die Größe der Vertiefung auf die Abmessungen des Rings beschränkt. Im Pumpengehäuse ist dagegen ausreichend Platz für die Vertiefung vorhanden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung und die Vertiefung jeweils die Form eines Zylinders haben, dessen Längsachse parallel zur Achse der Antriebswelle ist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß die ideale Bewegungsbahn des Ringes ein Kreis ist. Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn sowohl die Vertiefung als auch der Vorsprung zylinderförmig ausgebildet sind. Dadurch wird die Bewegung des Rings in Umfangsrichtung auf das wegen der Exzentrizität der Antriebswelle notwendige Minimum reduziert.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Vertiefung dem Zweifachen der Summe aus der Exzentrizität der Antriebswelle und dem Radius des Vorsprungs entspricht. Ein Kreis mit diesem Durchmesser entspricht der idealen Führungsbahn des Rings.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Vertiefung etwas größer als das Zweifache der Summe aus der Exzentrizität der Antriebswelle und dem Radius des Vorsprungs ist. Dadurch wird sichergestellt, daß sich der Ring auf seiner idealen Bahn bewegen kann, ohne daß der Vorsprung und die Vertiefung Kontakt miteinander haben. Das hat den Vorteil, daß die Abnutzung durch Reibung verringert wird. Der Vorsprung kommt erst dann in Kontakt mit der Vertiefung, wenn der Ring sich nicht mehr auf seiner idealen Bahn bewegt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung ein Stift ist, der in einer Bohrung in dem Pumpengehäuse befestigt ist, und dadurch, daß die Vertiefung eine Bohrung ist. Dies ist eine von vielen Varianten zur Gestaltung des Vorsprungs und der Vertiefung. Diese Variante hat den Vorteil, daß sie einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Zudem ermöglicht sie die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf bekannte Radialkolbenpumpen.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung ringförmig ausgebildet ist. Der Vorsprung ragt in die ringförmige Vertiefung und kann sich somit nur in Umfangsrichtung der Vertiefung bewegen. Folglich kann auch der Ring nur solche Bewegungen ausführen. Auf diese Weise ist vorteilhaft eine Zwangsführung des Rings entlang seiner idealen Bewegungsbahn sichergestellt.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine Bohrung ist, in der ein Stift befestigt ist. Auf diese Art und Weise kann die Ringform der Vertiefung einfach und kostengünstig realisiert werden. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Stifts etwas kleiner als das Zweifache der Differenz aus der Exzentrizität und dem Radius des Vorsprungs.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß radial zu der Antriebswelle mindestens drei Kolben angeordnet sind, wobei an dem zu der Antriebswelle gerichteten Ende eines jeden Kolbens durch einen Käfig eine Platte gehalten ist, die sich in Kontakt mit einer Abflachung befindet, die an dem Ring ausgebildet ist. Bei einer Radialkolbenpumpe mit einem polygonförmigen Ring wirkt sich die erfindungsgemäße Führungseinrichtung besonders vorteilhaft aus. Bei Versuchen, die mit einer solchen Pumpe durchgeführt worden sind, ist herausgefunden worden, daß der Ring, wenn die Zylinderräume nicht vollständig gefüllt sind, um seine Achse kippen kann. Dieses Kippen wird darauf zurückgeführt, daß bei einer Elementteilbefüllung nicht alle Platten dauernd fest genug an dem Ring anliegen. Das Kippen verursacht Stoßkräfte auf die Platte, die auf den Käfig und den Kolben übertragen werden. Die daraus resultierenden Momente führen dann zu Reschädigungen an den betroffenen Bauteilen.

Die erfindungsgemäße Führungseinrichtung kann im einfachsten Fall aus mindestens einem Führungskolben bestehen, der zusätzlich zu den schon vorhandenen Kolben radial zu der Antriebswelle angeordnet ist und an dem Ring anliegt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Fig. 1 zeigt eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe, wobei der Schnitt entlang der Linie D-E in Fig. 2 verläuft;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie B-C durch die Radialkolbenpumpe aus Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Teilansicht eines Schnitts entlang der Linie A-A in Fig. 2;

Fig. 4 zeigt die ideale Bewegungsbahn eines Rings sowie eine Führungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen. Die Radialkolbenpumpe ist mit einer integrierten Bedarfsmengenregelung ausgestattet. Die Kraftstoffzufuhr und Dimensionierung erfolgt über eine nicht dargestellte Zumesseinheit.

Die erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe wird insbesondere in Common-Rail-Einspritzsystemen zur Kraftstoffversorgung von Dieselmotoren eingesetzt. Dabei bedeutet "common rail" soviel wie "gemeinsame Leitung" oder "gemeinsame Schiene". Im Gegensatz zu herkömmlichen Hochdruckeinspritzsystemen, in denen der Kraftstoff über getrennte Leitungen zu den einzelnen Brennräumen gefördert wird, werden die Einspritzdüsen in Common-Rail-Einspritzsystemen aus einer gemeinsamen Leitung gespeist.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Radialkolbenpumpe umfaßt eine in einem Pumpengehäuse 2 gelagerte Antriebswelle 4 mit einem exzentrisch ausgebildeten Wellenabschnitt 6. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 6 ist ein Ring 8 vorgesehen, gegenüber dem der Wellenabschnitt 6 drehbar ist. Der Ring 8 umfaßt drei jeweils um 120° zueinander versetzte Abflachungen 10 gegen die sich jeweils ein Kolben 12 abstützt. Die Kolben 12 sind jeweils in einem Zylinderraum 18 zur Antriebswelle 4 in radialer Richtung hin- und herbewegbar aufgenommen. Der Fuß eines jeden Kolbens 12 ist als Platte 14 ausgebildet, die jeweils an der Abflachung 10 des Rings 8 anliegt. Die Platte 14 ist jeweils durch einen Käfig 16 an dem Kolben 12 befestigt und wird durch eine Feder 20 gegen den Ring 8 gedrückt.

Durch eine Führungseinrichtung 24 wird ein Verdrehen des Rings auf ein Minimum reduziert. Die in den Fig. 1 und 2 beispielhaft dargestellte Führungseinrichtung 24 umfaßt, wie am deutlichsten in der Teilansicht der Fig. 3 zu sehen ist, eine in dem Ring vorgesehene Bohrung 25, in der ein Stift 26 befestigt ist.

Der Stift 26 ragt in eine weitere Bohrung 28, die in dem Gehäuse 2 vorgesehen ist, und deren Durchmesser größer als der des Stiftes 26 ist. In der Bohrung 28 im Gehäuse 2 ist ein weiterer Stift 30 mittig befestigt. Die Abmessungen der Bohrungen und der Stifte sind so gewählt, daß die Differenz zwischen dem Durchmesser der Bohrung 28 in dem Gehäuse 2 und dem Durchmesser des Stifts 30 in dem Gehäuse 2 etwas größer ist als der Durchmesser des Stifts 26 in dem Ring 8. Deshalb kann sich der Stift 26 in dem Ringraum um den Stift 30 in der Bohrung 28 in dem Gehäuse 2 auf einer Kreisbahn bewegen.

In Fig. 4 ist die ideale Bewegungsbahn 46 eines polygonförmigen Rings 48 gezeigt. Der polygonförmige Ring 48 ist, wie vorab geschildert, auf einer in Fig. 4 nicht dargestellten exzentrisch ausgebildeten Antriebswelle gleitend gelagert. Die Exzentrizität ist in Fig. 4 mit E bezeichnet. In dem Ring 48 ist ein Stift 44 mit einem Durchmesser 45 befestigt. Der Stift 44 ragt mit seinem freien Ende in eine Bohrung 50, die in einem nicht dargestellten Gehäuse vorgesehen ist und einen Durchmesser 51 hat. In der Mitte der Bohrung 50 ist ein Stift 47 angeordnet, der im Gehäuse fixiert ist und dessen Durchmesser mit 55 bezeichnet wird.

Im Idealfall hat der Kreis 46 einen Durchmesser, der dem Zweifachen der Exzentrizität E, also dem Kolbenhub, entspricht. Der Durchmesser 51 der Bohrung 50 entspricht idealerweise der Summe aus dem Kolbenhub und dem Durchmesser des Stifts 44 in dem Ring 48. In der Praxis werden die Idealmaße noch mit den üblichen Fertigungstoleranzen beaufschlagt. Zudem muß das Spiel zwischen Antriebswelle und Ring berücksichtigt werden.

In Fig. 2 ist gezeigt, daß ein Mittenversatz M vorgesehen ist, um die Belastung der Kolben 12 zu minimieren. Die Erfindung hat nun nicht nur den Vorteil, daß das Drehmoment des Rings 8 von dem Stift 26 aufgenommen wird, sondern zusätzlich den Vorteil, daß der Mittenversatz M wegfallen kann. Dies hat zur Folge, daß für Links- und Rechtslauf der erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe das gleiche Pumpengehäuse verwendet werden kann. Dadurch verringern sich die Kosten und die Logistik wird einfacher.

Die vorliegende Erfindung liefert darüber hinaus den Vorteil, daß die Feder 20, welche die Platte 14 gegen den Ring 8 drückt, entlastet wird. Dadurch wird die Dauerhaltbarkeit der Feder 20 erhöht. Zudem werden Brüche des Käfigs 16, der die Platte 14 am Kolben 12 hält, verhindert. Dadurch wird die Qualitätssicherung im Hinblick auf Null Fehler erleichtert. Zuletzt wird darauf hingewiesen, daß auch für Teilbefüllung kein anderer Mittenversatz M des Kolbens 12 nötig ist.

Claims

1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem, mit einer in einem Pumpengehäuse (2) exzentrisch gelagerten Antriebswelle (4), auf der ein Ring (8, 48) gleitend gelagert ist, der mit vorzugsweise mehreren bezüglich der Antriebswelle (4) radial in einem jeweiligen Zylinderraum (18) angeordneten Kolben (12) zusammenwirkt, die durch Drehen der Antriebswelle (4) in dem jeweiligen Zylinderraum (18) in radialer Richtung hin und her bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine Führungseinrichtung (24) ein Verdrehen des Rings (18, 48) um seine eigene Achse verhindert.

2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtung (24) einen Vorsprung (26, 44) umfaßt, der sich zumindest teilweise parallel zur Drehachse der Antriebswelle (4) erstreckt und in eine Vertiefung (28, 50) ragt, deren Abmessungen größer als die des Vorsprungs (26, 44) sind.

3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (26, 44) an dem Ring (8, 48) und die Vertiefung (28, 50) in dem Pumpengehäuse (2) ausgebildet ist.

4. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (26, 44) und die Vertiefung (28, 50) jeweils die Form eines Zylinders haben, dessen Längsachse parallel zur Achse der Antriebswelle (4) ist.

5. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Vertiefung (28, 50) dem Zweifachen der Summe aus der Exzentrizität (E) der Antriebswelle (4) und dem Radius des Vorsprungs (26, 44) entspricht.

6. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (51) der Vertiefung (28, 50) etwas größer als das Zweifache der Summe aus der Exzentrizität (E) der Antriebswelle (4) und dem Radius des Vorsprungs (26, 44) ist.

7. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung ein Stift (26, 44) ist, der in einer Bohrung (25) in dem Pumpengehäuse (2) befestigt ist, und dadurch, daß die Vertiefung eine Bohrung (28, 50) ist.

8. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung (28, 50) ringförmig ausgebildet ist.

9. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefung eine Bohrung (28, 50) ist, in der ein Stift (47) befestigt ist.

10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial zu der Antriebswelle (4) mindestens drei Kolben (12) angeordnet sind, wobei an dem zu der Antriebswelle (4) gerichteten Ende eines jeden Kolbens (12) durch einen Käfig (16) eine Platte (14) gehalten ist, die sich in Kontakt mit einer Abflachung (10) befindet, die an dem Ring (8, 48) ausgebildet ist.