DE102005007839B3

DE102005007839B3 - Radialkolbenpumpe mit Spülleitung

Info

Publication number: DE102005007839B3
Application number: DE200510007839
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. Fath; Thomas Grossner; Christian Taudt
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2005-02-21
Filing date: 2005-02-21
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2025-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse (2), in dem ein Kurbelraum (3) ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung (4) mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist, sowie mit einem Druckregelventil (5), welches mit einer Absteuerleitung (6) in Wirkverbindung steht. Die Spülleitung (4) und die Absteuerleitung (6) sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Mischdüse (7) münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe (8) ausbilden. Durch die Ausbildung der Saugstrahlpumpe (8) wird eine negative gegenseitige Beeinflussung der Absteuermenge und des Kühl-/Schmiermittelstroms verhindert. Die Radialkolbenpumpe (1) eignet sich insbesondere für Common-Rail Kraftstoffeinspritzsysteme, bei denen besonders hohe Anforderungen an die Druckerzeugung gestellt werden, was zu erhöhten Temperaturbelastungen des Kurbelraums (3) führt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Kurbelraum ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist.

Eine gattungsgemäße Radialkolbenpumpen ist beispielsweise aus der DE 103 00 144 B3 bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist eine Antriebswelle auf, die in einem Pumpengehäuse drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, welcher in einem Kurbelraum angeordnet ist. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt der Antriebswelle ist ein Hubring gleitend gelagert.

Die Radialkolbenpumpe umfasst mehrere in einem gleichmäßigen Radialabstand zueinander angeordnete, Pumpeneinheiten. Jede Pumpeneinheit besitzt einen radial im Pumpengehäuse längs bewegbar geführten Pumpenkolben. Die Pumpenkolben liegen dabei jeweils an einem Gleitschuh an, der sich am Hubring abstützt. Hierzu weist der Hubring eine der Anzahl der Pumpenkolben entsprechende Zahl von Abflachungen auf. Durch das Abstützen der Pumpenkolben bzw. der Gleitschuhe am Hubring wird dieser an einem mitdrehen mit der Antriebswelle gehindert. Während des Pumpenbetriebs führt der Hubring somit eine Taumelbewegung aus, wobei sich der Hubringaußendurchmesser entlang einer einen Hüllkreis beschreibenden Kurve bewegt. Aufgrund der Taumelbewegung des Hubrings kommt es zu einer Relativbewegung zwischen den Gleitflächen des Gleitschuhs und den Abflachungen des Hubrings. Durch die Relativbewegung entsteht Reibungswärme, die die Kraftstofftemperatur im Kurbelraum erhöht.

Aufgrund der immer weiter ansteigenden Anforderungen hinsichtlich der Druckerzeugung bei Radialkolbenpumpen kommt es zu stetig steigenden Kraftstofftemperaturen im Kurbelraum. Durch die hohen Kraftstofftemperaturen wird die Schmiereigen schaft des Kraftstoffes stark herabgesetzt, wodurch das Risiko eines Pumpenfressens steigt.

Die DE 44 01 074 A1 offenbart eine Radialkolbenpumpe mit einer Spülleitung, um so eine ausreichende Schmierung und Kühlung zu gewährleisten. Hierbei wird kontinuierlich einer der Radialkolbenpumpe vorgeschalteten Vorförderpumpe eine Kraftstoffteilmenge entnommen und über die Spülleitung durch den Exzenterraum der Radialkolbenpumpe geleitet. Hierdurch wird eine gute Schmierung des Exzentertriebs gewährleistet und gleichzeitig wird über den Spülmittelstrom Reibungswärme aus dem Kurbelraum abgeführt.

Die Spülleitung steht in Wirkverbindung mit einer Rücklaufleitung, über die der Kraftstoff zurück in einen Kraftstofftank gelangt. In die Rücklaufleitung wird üblicherweise auch die Absteuermenge eines der Radialkolbenpumpe nachgeschalteten Hochdruckventils eingeleitet. Je nach Ausbildung der Radialkolbenpumpe und abhängig von der maximalen Absteuermenge des Druckregelventil kann es passieren, dass das Abfließen des Kühl-/Schmiermittelstrom behindert wird, oder im ungünstigsten Fall der Kraftstoff aus der Rücklaufleitung in die Spülleitung hineingedrückt wird. Die Reibungswärme kann dann nicht mehr aus dem Kurbelgehäuse abgeführt werden. Der Kraftstoff im Kurbelraum erwärmt sich dadurch sehr stark, wodurch die Schmiereigenschaften des Kraftstoffes nachlassen und die Gefahr eines Pumpenfressens wieder ansteigt.

Bei weiter steigenden Druckanforderungen bezüglich der Radialkolbenpumpe kann es zudem notwendig werden, dass der Kühl-/Schmiermittelstrom so hoch gewählt werden muss, dass er über der maximalen Absteuermenge des Druckregelventils liegt. In diesem Fall kann der Kühl-/Schmiermittelstrom seinerseits die Absteuerung des Druckregelventils behindern, wodurch eine korrekte Druckregelung der Radialkolbenpumpe behindert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Radialkolbenpumpe bereit zu stellen, bei der eine sichere Wärmeabfuhr aus dem Kurbelraum der Radialkolbenpumpe bei hohen Absteuermengen des Druckregelventils, bezogen auf den Kühl-/Schmiermittelstrom, gewährleistet ist und gleichzeitig eine sichere Absteuerung des Druckregelventils bei einem hohen Kühl-/Schmiermittelstrom, bezogen auf die Absteuermenge, zu gewährleisten.

Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 2.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung, welche einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung umfasst eine Radialkolbenpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Kurbelraum ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist, sowie mit einem Druckregelventil, welches mit einer Absteuerleitung in Wirkverbindung steht, wobei die Spülleitung und die Absteuerleitung derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie in einer Mischdüse münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe ausbilden, und wobei die Absteuermenge des Druckregelventils als Treibstrahl und der Kühl-/Schmiermittelstrom als Saugstrahl wirkt. Durch eine solche Anordnung von Spülleitung und Absteuerleitung wird sicher vermieden, dass bei großen maximalen Absteuermengen Kraftstoff in die Spülleitung hineingedrückt wird und dadurch das abfließen des Kühl-/Schmiermittelstroms behindert. Eine hohe maximale Absteuermenge des Druckregelventils verbessert im Gegenteil sogar das Abfließen der Kühl-/Schmiermittelmenge, da hierdurch eine größere Saugwirkung durch die als Treibstrahl wirkende Absteuermenge erzeugt wird.

Die Erfindung umfasst ebenfalls eine Radialkolbenpumpe für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse, in dem ein Kurbelraum ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist, so wie mit einem Druckregelventil, welches mit einer Absteuerleitung in Wirkverbindung steht, wobei die Spülleitung und die Absteuerleitung derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie in einer Mischdüse münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe ausbilden, wobei der Kühl-/Schmiermittelstrom als Treibstrahl und die Absteuermenge des Druckregelventils als Saugstrahl wirkt. Eine solche Ausbildung und Anordnung der Spül- und Absteuerleitung gewährleistet, dass bei einem großen Kühl-/Schmiermittelstrom die Absteuerung des Druckregelventils nicht behindert wird. Der große Kühl-/Schmiermittelstrom sorgt sogar für ein verbessertes Abfließen der Absteuermenge aus der Absteuerleitung, da aufgrund des großen Kühl-/Schmiermittelstroms eine hohe Saugwirkung durch den als Treibstrahl wirkenden Kühl-/Schmiermittelstrom erzielt wird.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mischdüse mit einer Rücklaufleitung in Wirkverbindung steht, über die überschüssiger Kraftstoff aus der Radialkolbenpumpe abführbar ist. Eine gemeinsame Rücklaufleitung gewährleistet eine besonders kompakte Ausbildung der Radialkolbenpumpe.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist die Düse als Venturidüse ausgebildet. Die Venturidüse zeichnet sich dadurch aus, dass sie hinter dem engsten Querschnitt einen Diffuser aufweist. Hierdurch wird Strömungsenergie in Druckenergie umgewandelt, so dass der Kraftstoff mit nur geringer Geschwindigkeit in den Kraftstofftank abfließen kann.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung der Spülleitung und der Absteuerleitung wird somit in überraschend einfacher Weise gewährleistet, dass bei hohen maximalen Ab steuermengen des Druckregelventils das Abfließen des Kühl-/Schmiermittelstrom aus der Spülleitung nicht behindert wird. Je höher die Abströmmenge des Druckregelventils ist, desto günstiger wirkt sich dies aufgrund der verstärkten Saugwirkung auf das Ausströmen des Kühl-/Schmiermittelstroms aus.

Ist ein besonders hoher Kühl-/Schmiermittelstrom erforderlich, kann die Spülleitung und die Absteuerleitung erfindungsgemäß auch derart ausgebildet und angeordnet werden, dass der Kühl-/Schmiermittelstrom als Treibstrahl wirkt und somit keinen negativen Einfluss auf die Absteuermenge des Druckregelventils ausübt. Bei hohen Kühl-/Schmiermittelströmen wird die Absteuermenge auf Grund der höheren Saugwirkung im Gegenteil sogar positiv beeinflusst.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:
1: einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe; und
2: eine Detailansicht der in 1 dargestellten Saugstrahlpumpe.
Gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Radialkolbenpumpe 1. Die Radialkolbenpumpe 1 umfasst ein Pumpengehäuse 2, in dem drehbar eine Antriebswelle 10 gelagert ist. Die Antriebswelle 10 weist einen fliegenden gelagerten Endbereich 11 auf, auf dem eine Vorförderpumpe 12 angeordnet ist. Als Vorförderpumpe 12 eignet sich beispielsweise eine Flügelzellenpumpe. Die Vorförderpumpe 12 saugt Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) an und fördert ihn zu einem Sauganschluss der Radialkolbenpumpe 1. Die Antriebswelle 10 weist einen exzentrischen Wellenabschnitt 14 auf, der in einem im Pumpengehäuse 2 ausgebildeten Kurbelraum 3 angeordnet ist. Auf dem exzentrischen Wellenabschnitt 14 ist eine Hubring 15 gleitend gelagert. Die Radialkolbenpumpe 1 umfasst mehrere in einem gleichmäßigen radialen Abstand zueinander angeordnete Pumpeneinheit 17, von denen in der Schnittdarstellung nur eine vollständig sichtbar ist. Jede Pumpeneinheit 17 besitzt einen radial im Pumpengehäuse 2 längs bewegbar geführten Pumpenkolben 13. Die Pumpenkolben 13 liegen jeweils an einem Gleitschuh 16 an, der sich am Hubring 15 abstützt. Hierzu weist der Hubring 15 eine der Anzahl der Pumpenkolben 13 entsprechende Zahl von Abflachungen auf. Durch das Abstützen der Pumpenkolben 13 bzw. der Gleitschuhe 16 am Hubring 15 wird dieser an einem Mitdrehen mit der Antriebswelle 10 gehindert. Während einer Umdrehung der Antriebswelle 10 führt der Hubring 15 lediglich eine Taumelbewegung aus. Aufgrund der Taumelbewegung des Hubrings 15 kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Hubring 15 und dem Gleitschuh 16. Durch die Relativbewegung treten Reibkräfte auf, wodurch Reibungswärme im Kurbelraum 3 entsteht, die für eine Erhöhung der Kurbelraumtemperatur sorgt. Durch die ansteigende Temperatur im Kurbelraum 3 wird der sich im Kurbelraum 3 befindliche Kraftstoff erwärmt. Hierdurch nimmt die Schmiereigenschaft des Kraftstoffes ab. Um dies zu verhindern, wird ein Teil des von der Vorförderpumpe 12 zur Radialkolbenpumpe 1 geförderten Kraftstoffs abgezweigt und über eine Spülleitung durch den Kurbelraum 3 geführt. Hierdurch findet ein kontinuierlicher Austausch des Kraftstoffes im Kurbelraum 3 statt. Die Wärme wird vom Kraftstoff aus dem Kurbelraum 3 abgeführt.
Der aus dem Kurbelraum 3 hinausführende Teil 4 der Spülleitung steht mit einer Rücklaufleitung 9 in Wirkverbindung, über die überschüssiger Kraftstoff aus der Radialkolbenpumpe 1 abgeführt und zurück zum Kraftstofftank geleitet wird.
Die Radialkolbenpumpe 1 umfasst weiter ein Druckregelventil 5. Das Druckregelventil 5 ist den Pumpeneinheiten 17 der Radialkolbenpumpe 1 nachgeschaltet. Bei überschreiten eines voreingestellten Kraftstoffdruckes im Hochdruckteil öffnet das Druckregelventil 5 und es wird eine Absteuermenge in eine Absteuerleitung 6 abgeführt, wodurch der Druck im Hochdruckteil auf den vorgegebenen Druck absinkt. Die Absteuerleitung 6 steht ebenfalls in Wirkverbindung mit der Rücklaufleitung 9, die den Kraftstoff zurück zum Kraftstofftank führt. Die Spülleitung 4 und die Absteuerleitung 6 sind dabei derart ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Mischdüse 7 münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe 8 ausbildet. Die Ausbildung der Saugstrahlpumpe sowie deren Funktion wird nachfolgend anhand von 2 näher erläutert.
2 zeigt eine Detailansicht der in 1 gezeigten Saugstrahlpumpe 8. Die Saugstrahlpumpe 8 wird von der Spülleitung 4 und der Absteuerleitung 6 gebildet. Die Absteuerleitung 6 mündet koaxial in der Spülleitung 4. Bei hohen Absteuermengen des Druckregelventils 5 tritt die Absteuermenge mit großer Bewegungsenergie aus der Absteuerleitung 6 aus und bildet dabei einen Treibstrahl aus. Am Austritt der Absteuerleitung 6 ist die Mischdüse 7 angeordnet in der sich die Absteuermenge mit dem äußeren koaxial strömenden Kühl-/Schmiermittelstrom mischt. Dabei überträgt sie einen Teil der Bewegungsenergie an den Kühl-/Schmiermittelstrom. Hierdurch wird das Kühl-/Schmiermittel aus dem Kurbelraum 3 angesaugt. Der Kühl-/Schmiermittelstrom wirkt dabei als Saugstrahl. Durch die Ausbildung und Anordnung der Spülleitung 4 und der Absteuerleitung 6 in Form einer Saugstrahlpumpe 8 wird das Ausströmen des Kühl-/Schmiermittelstroms aus der Spülleitung 4 auch bei hohen Absteuermengen des Druckregelventils 5 nicht negativ beeinflusst. Aufgrund der als Treibstrahl wirkenden Absteuermenge wird das Ausströmen des Kühl-/Schmiermittelstroms im Gegenteil sogar positiv beeinflusst.
Die Mischdüse ist in 2 in Form einer Venturidüse ausgebildet. Hierbei schließt sich an den engsten Düsenquerschnitt ein Diffuser 18 an. Der Diffuser 18 wandelt einen Teil der Geschwindigkeitsenergie in Druckenergie um. Hierdurch wird die Strömungsgeschwindigkeit gemindert und der Kraftstoff kann mit geringerer Geschwindigkeit über die Rücklaufleitung 9 in den Kraftstofftank zurückgeführt werden. Selbstverständlich kann die Mischdüse 7 auch in einer anderen Bauform ausgebildet sein, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Für den Fall, dass an die Radialkolbenpumpe 1 besondere Anforderungen hinsichtlich der Kühlung und Schmierung gestellt werden und der Kühl-/Schmiermittelstrom stets größer ist als die maximale Absteuermenge des Druckregelventils 5, so können die Spülleitung 4 und die Absteuerleitung 6 auch so angeordnet sein, dass der Kühl-/Schmiermittelstrom als Treibstrahl und die Absteuermenge als Saugstrahl wirkt. Die Spülleitung 4 und die Absteuerleitung 6 sind gegenüber der 2 dann lediglich vertauscht anzuordnen. Da sich am sonstigen Aufbau einer derartigen Saugstrahlpumpe 8 gegenüber der in 2 gezeigten Ausführungsform nichts ändert, ist zum Verständnis keine weitere Figur erforderlich.
Die Spülleitung 4 und die Absteuerleitung 6 sind somit derart ausgebildet und angeordnet, dass sie in einer Mischdüse münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe 8 ausbilden. Je nach Anforderung der Radialkolbenpumpe 1 und abhängig von der Absteuermenge sowie des Kühl-/Schmiermittelstroms kann dabei entweder die Absteuermenge oder der Kühl-/Schmiermittelstrom als Treibstrahl wirken. Durch die beschriebene Ausbildung und Anordnung der Spülleitung 4 und der Absteuerleitung 6 wird ein ungehindertes Abfließen des Kühl-/Schmiermittelstroms aus der Spülleitung 4 bzw. ein ungehindertes Absteuern der Absteuermenge vom Druckregelventil 5 jederzeit gewährleistet. Hierdurch erhöht sich die Betriebssicherheit der Radialkolbenpumpe 1. Die Radialkolbenpumpe 1 eignet sich insbesondere für Common-Rail Kraftstoffeinspritzsystem bei denen besonders hohe Anforderungen an die Druckerzeugung gestellt werden, was zu erhöhten Temperaturbelastungen des Kurbelraums führt.

Claims

Radialkolbenpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse (2), in dem ein Kurbelraum (3) ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung (4) mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist, sowie mit einem Druckregelventil (5), welches mit einer Absteuerleitung (6) in Wirkverbindung steht, wobei die Spülleitung (4) und die Absteuerleitung (6) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie in einer Mischdüse (7) münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe (8) ausbilden, wobei die Absteuermenge des Druckregelventils (5) als Treibstrahl und der Kühl-/Schmiermittelstrom als Saugstrahl wirkt.
Radialkolbenpumpe (1) für ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einem Pumpengehäuse (2), in dem ein Kurbelraum (3) ausgebildet ist, welcher über eine Spülleitung (4) mit einem Kühl-/Schmiermittelstrom versorgbar ist, sowie mit einem Druckregelventil (5), welches mit einer Absteuerleitung (6) in Wirkverbindung steht, wobei die Spülleitung (4) und die Absteuerleitung (6) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie in einer Mischdüse (7) münden und gemeinsam eine Saugstrahlpumpe (8) ausbilden, wobei der Kühl-/Schmiermittelstrom als Treibstrahl und die Absteuermenge des Druckregelventils (5) als Saugstrahl wirkt.
Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (7) mit einer Rücklaufleitung (9) in Wirkverbindung steht, über die überschüssiger Kraftstoff aus der Radialkolbenpumpe abführbar ist.
Radialkolbenpumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischdüse (7) als Venturidüse ausgebildet ist.