WO2004003385A1 - Radialkolbenpumpe - Google Patents

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    • F05C2201/0442—Spheroidal graphite cast iron, e.g. nodular iron, ductile iron

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump unit for generating high fuel pressure in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system.
  • DE 198 48 035 AI discloses a radial piston pump for the generation of high-pressure fuel in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system.
  • the radial piston pump has a housing in which a drive shaft is guided.
  • the drive shaft has an eccentric section on which a cam ring is guided.
  • a plurality of pump pistons are preferably supported on the cam ring and are radially longitudinally movable in the pump housing with respect to the drive shaft.
  • a suction valve and a pressure valve are assigned to each pump piston. Fuel from the low pressure range is fed to the pump piston via the suction valve. After the pressure builds up, the compressed fuel is discharged via the pressure valve.
  • Such a radial piston pump is usually preceded by a fuel feed pump which supplies the fuel from the fuel tank to the high-pressure pump.
  • the fuel feed pump is usually driven by an electric motor or via the camshaft. With the camshaft drive, the pre-feed pump can sit directly on the camshaft or be driven by a belt. Due to the limited space in the engine compartment, it is necessary to make the high-pressure fuel pump and the pre-feed pump as compact as possible.
  • DE 197 36 160 AI therefore proposes to arrange the fuel feed pump on or in the pump housing of the radial piston pump and via the drive shaft of the radial piston pump drive.
  • a clutch is interposed between the drive shaft of the radial piston pump and the shaft of the pre-feed pump.
  • the invention is characterized in that the radial piston pump has a drive shaft which has an overhung end region with a tooth profile for receiving a fuel feed pump.
  • the advantage of the floating bearing is an extremely compact design of the radial piston pump unit, since a third bearing of the drive axis is saved.
  • the toothed profile means that the fuel feed pump only has to be plugged onto the shaft and secured. No additional components such as a clutch are necessary. This allows the radial width of the radial piston pump unit to be further reduced.
  • Another advantage that results from the compact arrangement of the high pressure pump and the fuel feed pump is that the line from the fuel feed pump to the suction valve of the high pressure pump can be reduced to a minimum.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through the radial piston pump unit
  • FIG. 4 shows a further illustration of the radial piston pump unit
  • the two cuts are perpendicular to the shaft axis, but are shifted at a certain angle to each other. This is necessary because the individual components of the radial piston pump unit are distributed over the circumference and only in this way can all components be displayed.
  • a drive shaft 2 (FIG. 1) is mounted in the pump housing 1 via a first shaft bearing 9a and a second shaft bearing 9b.
  • the drive shaft 2 has an eccentric section 3.
  • a cam ring 4 is arranged on the eccentric section 3.
  • three spring-loaded pump pistons 5 (FIG. 2), which are movable in the radial direction of the drive axis, are preferably supported.
  • the pump pistons 5 are preferably offset 120 ° from one another, in a radial plane to the axis of the drive shaft 2, in the pump housing 1.
  • the drive shaft 2 has an overhung end region 6, which is also the drive for a fuel feed pump 8. To accommodate the fuel feed pump 8, the overhung end region 6 has a tooth profile 7.
  • the pump housing 1 is designed as a pot housing.
  • the overhung end of the drive shaft 2 sits on the pot side open to the pump housing 1.
  • the open pot side of the pump housing 1 is closed by a flanged pot lid 31.
  • the pot lid 31 is designed such that it simultaneously forms a pump chamber 32 of the fuel feed pump 8.
  • the fuel feed connection 10, a flow channel 12, a lubrication bore 14 and a volume flow control valve 16 are additionally in the pot lid 31 accommodated. This enables a very compact design of the radial piston pump unit.
  • the fuel enters the radial piston pump unit through the fuel inlet connection 10 in the pot cover 31.
  • the fuel reaches the fuel pre-feed pump 8 via the flow channel 12.
  • the flow channel is designed in such a way that the pump chamber 32 can be filled on both sides.
  • the lubrication hole 14 is used to lubricate the fuel feed pump 8.
  • the fuel exits the fuel feed pump 8 at a pressure of about 5-10 bar and from there reaches the volume flow control valve 16, which saves space in the top cover 31 is integrated.
  • the fuel then passes from the volume flow control valve 16 to a control disk 18.
  • the control disk 18 serves to distribute the fuel evenly over the suction valves distributed around the circumference. For this purpose, a circumferential annular groove 19 is provided on the control disk 16.
  • a suction valve 24 and a pressure valve 28 are assigned to each pump piston 5.
  • the suction valve 24 opens and fuel can flow into the cylinder space 26.
  • the fuel in the cylinder chamber 26 is compressed.
  • both the suction valve 24 and the pressure valve 28 are closed.
  • the pressure valve 28 opens and the fuel can flow into the high pressure line.
  • FIG. 3 shows a section through the control disk 18.
  • the section axis is identified in FIG. 2 by the axis EE '.
  • the control disk 16 is fixedly connected to the pump housing 1.
  • the control disk 18 has deformation pockets 33 which allow the control disk 18 to be elastically deformed, in particular when the drive shaft 2 starts up.
  • the control disc 18 has a pressure relief valve 30 for the Fuel feed pump 8 on.
  • a vane pump or a blocking vane pump is particularly suitable as the feed pump.
  • FIG 4 shows a schematic representation of a radial piston pump unit.
  • a flat surfaces 36 and a flat surface 37 are arranged on the outer circumference of the pump housing 1 and serve to receive the pump connections 39 and 40.
  • Below the connections 39 and 40 is the high-pressure accumulator 41 integrated in the pump housing, which is represented by the broken lines.
  • the high-pressure accumulator 41 can advantageously be integrated into the pump housing 1, since the design of the pump housing 1 as a high-pressure-resistant component provides sufficient material reserves at certain points in the pump housing 1 to integrate the high-pressure accumulator 41.
  • the integration of the high-pressure accumulator into the pump housing is advisable if a pressure control valve 42 is simultaneously integrated into the high-pressure accumulator.
  • the high-pressure accumulator 41 is connected to the pressure control valve 42 on the right side in the drawing. On the left side of the drawing there is a line for connection 40
  • the pump housing 1 can be manufactured inexpensively from spheroidal graphite cast iron. If very high pressures are to be achieved with the radial piston pump unit, the pump housing 1 should preferably be made of spheroidal graphite cast iron with a bainitic structure or as a steel forged part.
  • the pot lid 31 can preferably be made of die-cast aluminum or plastic.
  • the control disk 16 can preferably be made of steel, plastic or cast aluminum.
  • a flange can be preferably provided on the pump housing 1 for the direct fastening of the radial piston pump unit to the motor.

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Abstract

Radialkolbenpumpeneinheit für ein Hochdruckeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Antriebswelle (2) mit einem Exzenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsachse (2) bewegbaren, federbelasteten Kolben (5) bewegt, wobei die Antriebswelle (2) derart gestaltet ist, dass sie einen fliegend gelagerten Endbereich (6) aufweist, der gleichzeitig der Antrieb einer Kraftstoffvorförderpumpe (8) ist.

Description

Beschreibung
Radialkolbenpumpe
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common Rail Einspritzsystem.
DE 198 48 035 AI ist eine Radialkolbenpumpe für die Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen insbesondere bei einem Common Rail Ein- spritzsystem bereits bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle geführt ist. Die An- triebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, auf dem ein Hubring geführt ist. An dem Hubring stützen sich vorzugsweise mehrere, bezüglich der Antriebwelle radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben ab. Jedem Pumpenkolben ist ein Saugventil sowie ein Druckventil zugeordnet. Über das Saugventil wird dem Pumpenkolben Kraftstoff aus dem Niederdruckbereich zugeführt. Nach dem Druckaufbau wird der komprimierte Kraftstoff über das Druckventil abgeleitet.
Einer derartigen Radialkolbenpumpe ist üblicherweise eine Kraftstoffvorförderpumpe vorgeschaltet, die den Kraftstoff aus dem Kraftstofftank der Hochdruckpumpe zuführt. Die Kraftstoffvorförderpumpe wird in der Regel durch einen Elektromotor oder über die Nockenwelle angetrieben. Bei dem Nockenwellenantrieb kann die Vorförderpumpe direkt auf der Nockenwelle sitzen oder über einen Riemen angetrieben werden. Aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse im Motorraum ist es notwendig, die Kraftstoffhochdruckpumpe sowie die Vorförderpumpe möglichst kompakt zu bauen.
Die DE 197 36 160 AI schlägt deshalb vor, die Kraftstoffvor- förderpumpe am oder im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe anzuordnen und über die Antriebswelle der Radialkolbenpumpe anzutreiben. Hierzu ist zwischen der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe und der Welle der Vorförderpumpe eine Kupplung zwischengeschaltet .
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkol- benpumpe eine Antriebswelle aufweist, die einen fliegend gelagerten Endbereich, mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme einer Kraftstoff-Vorförderpumpe, aufweist. Der Vorteil der fliegenden Lagerung ist eine äußerst kompakte Bauform der Radialkolbenpumpeneinheit, da eine dritte Lagerung der An- triebsachse eingespart wird. Durch das Verzahnungsprofil muss die Kraftstoff-Vorförderpumpe lediglich auf die Welle aufgesteckt und gesichert werden. Es keine zusätzlichen Bauteile wie beispielsweise eine Kupplung notwendig sind. Hierdurch lässt sich die radiale Baubreite der Radialkolbenpumpenein- heit weiter verringern.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus der kompakten Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoff-Vorförderpumpe ergibt ist der, dass die Leitung von der Kraftstoff-Vorförderpumpe zum Saugventil der Hochdruckpumpe auf ein Minimum reduziert wer- den kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpenein- heit,
Figur 2 einen weiteren Längsschnitt durch die Radialkolben- pumpeneinheit Figur 4 eine weitere Darstellung der Radialkolbenpumpenein- heit
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber- greifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die beiden Schnitte liegen jeweils senkrecht zur Wellenachse, sind jedoch in einem bestimmten Winkel zueinander verschoben. Dies ist notwendig, da die einzelnen Bauteile der Radialkol- benpumpeneinheit auf dem Umfang verteilt sind und nur so alle Bauteile dargestellt werden können.
Eine Antriebswelle 2 (Figur 1) ist über ein erstes Wellenlager 9a und ein zweites Wellenlager 9b im Pumpengehäuse 1 ge- lagert. Die Antriebswelle 2 weist ein Exzenterabschnitt 3 auf. Auf dem Exzenterabschnitt 3 ist ein Hubring 4 angeordnet. Auf dem Hubring 4 stützen sich vorzugsweise drei in radialer Richtung zur Antriebsachse bewegbare, federbelastete Pumpenkolben 5 (Figur 2) ab..Die Pumpenkolben 5 sind dabei vorzugsweise 120° gegeneinander versetzt, in einer Radialebene zur Achse der Antriebswelle 2, im Pumpengehäuse 1 angeordnet. Die Antriebswelle 2 weist einen fliegend gelagerten Endbereich 6 auf, der gleichzeitig der Antrieb einer Kraftstoff- Vorförderpumpe 8 ist. Zur Aufnahme der Kraftstoff- Vorförderpumpe 8 weist der fliegend gelagerte Endbereich 6 ein Verzahnungsprofil 7 auf.
Das Pumpengehäuse 1 ist als Topfgehäuse ausgebildet. Das fliegend gelagerte Ende der Antriebswelle 2 sitzt auf der zum Pumpengehäuse 1 offenen Topfseite. Die offene Topfseite des Pumpengehäuses 1 wird durch einen angeflanschten Topfdeckel 31 verschlossen. Der Topfdeckel 31 ist derart gestaltet, dass er gleichzeitig eine Pumpenkammer 32 der Kraftstoff- Vorförderpumpe 8 ausbildet. Im Topfdeckel 31 ist zusätzlich der Kraftstoffzulaufanschluss 10, ein Strömungskanal 12, eine Schmierungsbohrung 14 sowie ein Volumenstromregelventil 16 untergebracht. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpeneinheit möglich.
Der Kraftstoff tritt dabei, durch den Kraftstoff- Zulaufanschluss 10, im Topfdeckel 31, in die Radialkolbenpumpeneinheit ein. Über den Strömungskanal 12 gelangt der Kraftstoff zur Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Strömungskanal ist derart gestaltet, dass eine beidseitige Befüllung der Pumpenkammer 32 möglich ist. Die Schmierbohrung 14 dient zur Schmierung der Kraftstoff-Vorförderpumpe 8. Der Kraftstoff tritt mit einem Vordruck von ca. 5-10 bar aus der Kraftstoff- Vorförderpu pe 8 aus und gelangt von dort aus in das Volumenstrom-Regelventil 16, welches platzsparend in den Topdeckel 31 integriert ist. Vom Volumenstrom-Regelventil 16 gelangt der Kraftstoff dann zu einer Steuerscheibe 18. Die Steuerscheibe 18 dient dabei dazu, den Kraftstoff gleichmäßig auf die am Umfang verteilten Saugventile zu verteilen. Hierzu ist an der Steuerscheibe 16 eine umlaufende Ringnut 19 vorgesehen.
Jedem Pumpenkolben 5 ist jeweils ein Saugventil 24 und ein Druckventil 28 zugeordnet. Während des Saughubs der Pumpenkolben 5 öffnet das Saugventil 24 und Kraftstoff kann in den Zylinderraum 26 einströmen. Während des Kompressionshubs des Pumpenkolbens 5 wird der Kraftstoff im Zylinderraum 26 komprimiert. Hierbei sind sowohl das Saugventil 24 als auch das Druckventil 28 geschlossen. Am Ende des Kompressionshubes des Pumpenkolbens 5 öffnet das Druckventil 28 und der Kraftstoff kann in die Hochdruckleitung strömen.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch die Steuerscheibe 18. Die Schnittachse ist in Figur 2 durch die Achse E-E' gekennzeichnet. Die Steuerscheibe 16 ist fest mit dem Pumpengehäuse 1 verbunden. Die Steuerscheibe 18 weist Verformungstaschen 33 auf, die eine elastische Verformung der Steuerscheibe 18 insbesondere beim Anlauf der Antriebswelle 2 erlauben. Die Steuerscheibe 18 weist ein Druckbegrenzungsventils 30 für die Kraftstoffvorförderpumpe 8 auf. Als Vorförderpumpe eignet sich insbesondere eine Flügelzellenpumpe bzw. eine Sperrflügelpumpe .
Figur 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Radialkolben- pumpeneinheit . Am äußeren Umfang des Pumpengehäuses 1 sind eine ebene Flächen 36 und eine ebene Fläche 37 angeordnet, welche zur Aufnahme der Pumpenanschlüsse 39 und 40 dienen. Unterhalb der Anschlüsse 39 und 40 befindet sich der in das Pumpengehäuse integrierte Hochdruckspeicher 41, der durch die gestrichelten Linien dargestellt ist. Der Hochdruckspeicher 41 kann vorteilhaft in das Pumpengehäuse 1 integriert werden, da durch die Auslegung des Pumpengehäuses 1 als hochdruckfestes Bauteil an bestimmten Stellen des Pumpengehäuses 1 genü- gend Materialreserven vorhanden sind um den Hochdruckspeicher 41 zu integrieren. Insbesondere bietet sich die Integration des Hochdruckspeichers in das Pumpengehäuse an, wenn gleichzeitig ein Druckregelventil 42 in den Hochdruckspeicher integriert wird. Der Hochdruckspeicher 41 ist, auf der in der Zeichnung rechten Seite, mit dem Druckregelventil 42 verbunden. Auf der in der Zeichnung linken Seite befindet sich eine Leitung zum Anschluss 40
Das Pumpengehäuse 1 lässt sich kostengünstig aus Kugelgra- phitguss fertigen. Sollen mit der Radialkolbenpumpeneinheit sehr hohe Drücke realisiert werden, ist das Pumpengehäuse 1 vorzugsweise aus Kugelgraphitguss mit bainitischen Gefüge o- der als Stahlschmiedeteil auszuführen.
Der Topfdeckel 31 kann vorzugsweise aus Aluminiumdruckguss o- der Kunststoff gefertigt werden.
Die Steuerscheibe 16 kann vorzugsweise aus Stahl, Kunststoff oder Aluguss gefertigt werden. An das Pumpengehäuse 1 kann vorzugsweise eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung der Radialkolbenpumpeneinheit am Motor vorgesehen werden.

Claims

Patentansprüche
1. Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit - einem Pumpengehäuse (1) , in dem
- eine Antriebswelle (2) mit einem Exenterabschnitt (3) gelagert ist, auf dem
- ein Hubring (4) sitzt, der mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsache bewegbaren, federbelasteten - Pumpenkolben (5) einer Radial olbenpumpe bewegt sowie eine der Radialkolbenpumpe vorgeschalteten
- Kraftstoffvorförderpumpe d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s die Antriebswelle (2) einen fliegend gelagerten Endbereich (6), mit einem Verzahnungsprofil, zur Aufnahme der Kraftstoff-Vorförderpumpe (8), aufweist.
2. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s die Kraftstof f-Vorförderpumpe (8) eine Flügelzellenpumpe is .
3. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen An- sprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s die Kraftstof f-Vorförderpumpe (8) eine Sperrflügelpumpe ist .
4. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s das Pumpengehäuse (1) als Topfgehäuse ausgebildet ist.
5. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s das Pumpengehäuse (1) als Kugelgraphitgussteil oder als Stahlschmiedeteil hergestellt ist.
6. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen An- sprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s der fliegend gelagerte Endbereich (6) der Antriebwelle (2) auf der zum Pumpengehäuse (1) offenen Topfseite liegt und das Pumpengehäuse (1) durch einen angeflanschten Topfde- ekel (31) verschlossen ist.
7. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 7 d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s der Topfdeckel (31) ein Volumenstrom-Regelventil (24) be- inhaltet.
8. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 7 oder 8 d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s der Topfdeckel (31) aus Aluminiumdruckguss oder Kunststoff hergestellt ist.
9. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche d a d a d u r c h g e k e n n z e i c h n et, d a s s am Pumpengehäuse (1) eine Anflanschung zur unmittelbaren Befestigung am Motor vorgesehen ist.
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