-
Die
Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung zur Förderung eines Fluids.
-
Kraftstoffeinspritzsysteme
von Verbrennungskraftmaschinen weisen einen motornahen Hochdruckspeicher
oder eine Speicherleitung auf, aus dem beziehungsweise aus der die
einzelnen Kraftstoffeinspritzventile gespeist werden. Dieser Hochdruckspeicher
wird oftmals als Common Rail bezeichnet. Die Pumpen, die den Hochdruckspeicher beliefern,
sollen den notwendigen Volumenstrom und den erforderlichen Fluiddruck
präzise
und effizient bereitstellen können
und dabei einen geringe Einbaugröße aufweisen.
Solche Kraftstoffeinspritzsysteme weisen üblicherweise eine Vorförderpumpe
auf, mit der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank zur Saugseite einer
Hochdruckpumpe gefördert
werden kann. Eine der Vorförderpumpe
hydraulisch nachgeschaltete Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff dann in einen Kraftstoffspeicher,
von wo aus er an mit dem Kraftstoffspeicher hydraulisch gekoppelte
Injektoren verteilt werden kann.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Pumpenanordnung anzugeben,
die einen guten Wirkungsgrad aufweist.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Eine
Pumpenanordnung zur Förderung
eines Fluids umfasst einen Gehäusekörper mit
einem Kurbelraum. In dem Kurbelraum ist eine Antriebswelle angeordnet,
die eine Pumpeneinheit antreiben kann. Die Pumpeneinheit weist ein
Zylindergehäuse auf,
das einen Zylinderraum umgibt. In dem Zylinderraum axial bewegbar
ist ein Pumpenkolben angeordnet, der mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht.
Die Pumpenanordnung umfasst eine weitere von der Antriebswelle antreibbare
Pumpeneinheit. Die weitere Pumpeneinheit weist ein weiteres Zylindergehäuse auf,
das einen weiteren Zylinderraum umgibt. In dem weiteren Zylinderraum
axial bewegbar ist ein weiterer Pumpenkolben angeordnet. Der weitere
Pumpenkolben steht mit der Antriebswelle in Wirkverbindung. Die
Pumpeneinheit und die weitere Pumpeneinheit sind hydraulisch gekoppelt
und die weitere Pumpeneinheit ist der Pumpeneinheit hydraulisch
nachgeschaltet.
-
Die
Pumpeneinheit kann mindestens einen wiederum weiteren Pumpenkolben
aufweisen, der mit der Antriebswelle in Wirkverbindung steht. Dadurch
können
zwei oder mehr Kolben als Vorförderpumpe
genutzt werden und somit die richtige Phasenzuordnung des Fördervolumenstroms
gut zugeordnet werden.
-
Die
Antriebswelle kann mindestens einen Exzenterabschnitt aufweisen,
der von einem runden Hubring umgeben ist. Der runde Hubring ist
mit dem Pumpenkolben gekoppelt. Zwischen dem Exzenterabschnitt und
dem Hubring kann ein Gleitlager angeordnet sein. Der Hubring kann
eine Ausnehmung zur Zuführung
des Fluids an das Gleitlager aufweisen. So ist eine möglichst
reibungsarme Übertragung
der Bewegung der Antriebswelle auf den Pumpenkolben möglich.
-
Der
Pumpenkolben kann einen zurückgesetzten
Bereich aufweisen, der mit dem Zylindergehäuse einen Hohlraum zur Zuführung von
Fluid umgibt. So ist insbesondere beim Start der Pumpe genügend Fluid
im Ansaugtrakt, da an dem Exzenterabschnitt eine Fluidreserve vorhanden
ist.
-
Der
Pumpenkolben kann eine Zuleitung zur Zuführung von Fluid in den Zylinderraum
umgeben, die mit dem Hohlraum hydraulisch gekoppelt ist. So ist
eine relativ einfache Fluidführung
in der Pumpenanordnung gegeben.
-
Das
Zylindergehäuse
kann von dem Gehäusekörper umgeben
sein, wobei das Zylindergehäuse und
der Gehäusekörper einen
weiteren Hohlraum zur Abführung
von Fluid umgeben, so dass der weitere Hohlraum zwischen dem Zylindergehäuse und
dem Gehäusekörper angeordnet
ist. Dadurch ist eine möglichst
einfache Fluidführung
in der Pumpenanordnung gegeben. Der weitere Hohlraum kann so ausgebildet
sein, dass wenn in ihm Fluid angeordnet ist, das Fluid eine Bewegung
des Pumpenkolbens dämpft.
So ist eine relativ einfache Dämpfung
des Pumpenkolbens möglicht.
-
Das
Zylindergehäuse
kann eine Ablaufleitung zur Abführung
von Fluid aus dem Zylinderraum umgeben. Die Ablaufleitung kann mit
dem weiteren Hohlraum hydraulisch gekoppelt sein, wobei die Ablaufleitung
mit dem Zylinderraum einen Winkel kleiner oder gleich 90° einschließt. So ist
eine hohe Flexibilität
der Fluidführung
in der Pumpenanordnung gegeben und die Dämpfung einer Bewegung des Pumpenkolbens
kann verschiedenen stark sein.
-
Das
Zylindergehäuse
kann einen wiederum weiteren Hohlraum umgeben, der hydraulisch mit
der Ablaufleitung gekoppelt ist, wobei in dem wiederum weiteren
Hohlraum mindestens ein Mittel zur Dämpfung einer Bewegung des Pumpenkolbens
angeordnet ist. Das mindestens eine Mittel zur Dämpfung kann mindestens eine
Feder umfassen. Das mindestens eine Mittel zur Dämpfung kann auch mindestens eine
Membran umfassen. So ist eine relativ effektive Möglichkeit
der Dämpfung
einer Bewegung des Pumpenkolbens gegeben.
-
Weitere
Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden
in Verbindung mit den 1 bis 4 erläuterten
Beispielen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Pumpenanordnung,
-
2 eine
schematische Darstellung einer vergrößerten Ansicht eines Ausschnitts
einer Pumpenanordnung,
-
3 eine
schematische Darstellung einer Pumpeneinheit,
-
4 eine
schematische Darstellung einer Pumpeneinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform.
-
1 zeigt
eine Pumpenanordnung 100, die einen Gehäusekörper 101 umfasst.
Der Gehäusekörper 101 umgibt
einen Kurbelraum 102. In dem Kurbelraum 102 ist
eine Antriebswelle 103 angeordnet. Die Antriebswelle weist
einen Exzenterabschnitt 104 auf. Die Pumpenanordnung 100 umfasst
eine Pumpeneinheit 110, die von dem Gehäusekörper 101 zumindest
teilweise umgeben ist. Die Pumpeneinheit 110 weist ein
Zylindergehäuse 111 auf,
das einen Zylinderraum 112 umgibt. In dem Zylinderraum 112 ist ein
Pumpenkolben 113 beweglich angeordnet. Der Pumpenkolben 113 steht
mit dem Exzenterabschnitt 104 der Antriebswelle 103 in
Verbindung.
-
Die
Pumpenanordnung 100 umfasst eine weitere Pumpeneinheit 120.
Die weitere Pumpeneinheit 120 weist ein Zylindergehäuse 121 auf,
das einen Zylinderraum 122 umgibt. In dem Zylinderraum 122 ist
ein Pumpenkolben 123 beweglich angeordnet. Der Pumpenkolben 123 steht
mit der Antriebswelle 103 beziehungs weise einem weiteren
Exzenterabschnitt der Antriebswelle in Wirkverbindung. Die Pumpeneinheit 110 und
die Pumpeneinheit 120 sind hydraulisch miteinander gekoppelt.
Die Pumpeneinheit 120 ist der Pumpeneinheit 110 hydraulisch
nachgeschaltet.
-
Die
Antriebswelle 103 ist drehbar in dem Kurbelraum 102 gelagert.
Die Antriebswelle weist in den Abschnitten, in denen sie Kontakt
zu Pumpenkolben haben kann, jeweils eine exzenterförmige Ausformung
auf. Die Antriebswelle kann auch eine Nockenwelle sein. In diesem
Fall kann die Anzahl der Förder- und Kompressionshübe über die
Anzahl der Nocken vorgegeben werden. Die Anzahl der Förder- beziehungsweise
Kompressionshübe
entspricht dabei der Anzahl der Nocken.
-
Die
Pumpeneinheit 110 ist beispielsweise eingerichtet, Fluid
aus einem Fluidtank zu fördern. Beispielsweise
ist die Pumpeneinheit 110 eingerichtet, einen Brennstoff
aus einem Brennstofftank zu fördern.
Die Pumpeneinheit 110 ist in einer Ausführungsform eine Vorförderpumpe
einer Dieselbrennkraftmaschine.
-
Die
Pumpeneinheit 120 ist eingerichtet, Fluid, das ihr von
der Pumpeneinheit 110 zur Verfügung gestellt wird, mit einem
höheren
Druck zu beaufschlagen. Beispielsweise fördert die Pumpeneinheit 120 Fluid
in einen Hochdrucktank. In einer Ausführungsform wird von der Pumpeneinheit 120 Diesel über eine
Zuleitung an einen Druckspeicher durch die Pumpeneinheit 120 geliefert.
Von dem Druckspeicher kann der Kraftstoff beispielsweise an Injektoren geführt und
von diesen in Brennräume
einer Brennkraftmaschine eingespritzt werden.
-
Die
Pumpeneinheit 120 umfasst in einer weiteren Ausführungsform
zwei oder mehr Pumpenkolben, die mit der Antriebswelle 103 in
Wirkverbindung stehen. Die Pumpeneinheit 110 kann e benfalls
zwei oder mehr Pumpenkolben umfassen. Die Pumpenanordnung 100 kann
zwei oder mehr Pumpeneinheiten aufweisen, die in Aufbau und Funktion
der Pumpeneinheit 110 vergleichbar sind. Die Pumpeneinheiten
der Pumpenanordnung sind als Kolbenpumpen ausgeführt.
-
2 zeigt
einen Gehäusekörper 201 einer Pumpenanordnung,
wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben. Der Gehäusekörper 201 umgibt einen
Kurbelraum 202, in dem eine Antriebswelle 203 drehbar
gelagert ist. Die Antriebswelle 203 weist einen Exzenterabschnitt 204 auf.
An dem Exzenterabschnitt 204 ist ein Hubring 205 angeordnet,
der über ein
Gleitlager 206 mit dem Exzenterabschnitt 204 gekoppelt
ist. Der Hubring 205 weist eine Ausnehmung 207 auf,
so dass Fluid durch den Hubring 205 an das Gleitlager 206 gelangen
kann, um dieses zu schmieren.
-
Der
Gehäusekörper 201 umgibt
eine Ausnehmung, in der eine Pumpeneinheit 210 angeordnet ist.
Die Pumpeneinheit 210 umfasst ein Zylindergehäuse 211,
das einen Zylinderraum 212 umgibt. In dem Zylinderraum 212 ist
ein Pumpenkolben 213 beweglich angeordnet, der mit der
Antriebswelle 203 in Wirkverbindung steht. Der Pumpenkolben 213 weist einen
zurückgesetzten
Bereich 214 auf, der mit der Antriebswelle 203 gekoppelt
ist. Der zurückgesetzte Bereich 214 und
das Zylindergehäuse 211 umgeben einen
Hohlraum 215. Der Pumpenkolben 213 umgibt an dem
zurückgesetzten
Bereich 214 eine Zuleitung 217, die mit dem Hohlraum 215 hydraulisch
gekoppelt ist. Das Zylindergehäuse
umgibt eine Ablaufleitung 216, die mit einem Hohlraum 208 hydraulisch gekoppelt
ist. Der Hohlraum 208 wird von dem Gehäusekörper 201 und dem Zylindergehäuse 211 umgeben,
so dass der Hohlraum 208 zwischen dem Zylindergehäuse und
dem Gehäusekörper angeordnet ist.
-
Das
Zylindergehäuse 211,
der Zylinderraum 212 und der Pumpenkolben 213 sind
in der Pumpeneinheit koaxial angeordnet. Das Zylindergehäuse ist aus
einem Metall gebildet, beispielsweise Aluminium oder Stahl. Das
Zylindergehäuse
kann auch aus einem Kunststoff gebildet sein. Der Pumpenkolben 213 ist
axial bewegbar in dem Zylinderraum des Zylindergehäuses gelagert
und mit der Antriebswelle gekoppelt. Um den Zylinderraum mit Fluid
befüllen
zu können,
weist der Pumpenkolben 213 die Zuleitung 217 auf.
Um Fluid aus dem Zylinderraum ausstoßen zu können, weist die Pumpeneinheit
die Ablaufleitung 216 auf. Die Ablaufleitung 216 ist über den
Hohlraum 208 und weitere Leitungen hydraulisch mit mindestens
einer weiteren Kolbenpumpe gekoppelt.
-
Der
Hubring 205, der an dem Exzenterabschnitt 204 angeordnet
ist, weist eine gemeinsame Kontaktfläche mit dem zurückgesetzten
Bereich 214 des Pumpenkolbens 213 auf. Der Hubring 204 ist rund,
beispielsweise ringförmig.
Bei einer Bewegung der Antriebswelle 203 gleitet der Hubring 25 um
die Antriebswelle, da er durch das Gleitlager 206 gleitend gelagert
ist. Das Gleitlager 206 wird beispielsweise mit Fluid geschmiert,
das durch die Ausnehmung 207 aus dem Kurbelraum 202 an
das Gleitlager 206 gelangt. Pumpenkolben 213 und
Hubring 205 bewegen sich relativ zueinander so möglichst
wenig. Das Hubvolumen der Pumpeneinheit kann relativ klein gewählt werden,
beispielsweise 1,8 cm3. Eine Hubvolumenvariation
der Pumpeneinheit kann über
unterschiedliche Exzentrizitäten
erzeugt werden. Beispielsweise ist der exzentrische Abschnitt der
Antriebswelle in drei Stufen abgestuft.
-
Der
Kurbelraum 202 kann an einem Ende der Antriebswelle 203,
an dem der Exzenterbereich 204 angeordnet ist, von einem
einstückigen
Gehäusekörper 201 abgeschlossen
werden. Es kann auch ein Abschlusselement an dem Gehäusekörper 201 befestigt
werden, das den Kurbelraum 202 abschließt. Beispielsweise wird das
Abschlusselement über
eine Schraubverbindung mit dem Gehäusekörper 201 gekoppelt.
-
Um
in Betrieb eine Bewegung des Pumpenkolbens 213 zu dämpfen, kann
der Hohlraum 208 mit einem entsprechend großen Volumen
ausgeführt sein.
Die Ablaufleitung 216 kann ebenfalls einen vergrößerten Durchmesser
aufweisen, um ein vergrößertes Volumen
zu erhalten. Das in dem vergrößerten Volumen
der Ablaufleitung 216 beziehungsweise in dem Hohlraum 208 befindliche
Fluid kann eine Bewegung des Pumpenkolbens 213 dämpfen. So
kann beispielsweise ein Nachschwingen des Pumpenkolbens 213 verhindert
werden. Die Ablaufleitung 216 kann wie im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit dem Zylinderraum einen Winkel von 90° einschließen. Die Ablaufleitung 216 kann
mit dem Zylinderraum einen beliebigen Winkel einschließen, insbesondere
einen Winkel zwischen 0° und
90°. So
kann die Dämpfung des
Pumpenkolbens 213 weiter verbessert werden.
-
In
dem Kurbelraum 202 befindet sich Fluid, beispielsweise
um Lager der Antriebswelle 203 zu schmieren. Dieses Fluid
kann in den Hohlraum 215 gelangen. Von dort kann es über die
Zuleitung 217 in den Zylinderraum 212 gelangen.
Das Fluid aus dem Kurbelraum 202 beziehungsweise dem Hohlraum 215 kann
durch die Pumpeneinheit 210 mit einem höheren Druck als es in dem Kurbelraum 202 aufweist beaufschlagt
werden und einer weiteren Pumpe zugeführt werden, die es mit einem
wiederum höheren Druck
beaufschlagen kann.
-
Im
Betrieb wird durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 203 der
Pumpenkolben 213 durch die exzentrische Form des Abschnitts 204 radial
zur Antriebswelle hin bewegt. Dabei wird der Zylinderraum 212 mit
Fluid befüllt.
Das Fluid wird über die
Zuleitung 217 und dem Hohlraum 215 aus dem Kurbelraum 202 in
den Zylinderraum 212 gesaugt. Durch die weitere Drehbewegung
der Antriebswelle wird der Pumpenkolben axial von der Antriebswelle
weg bewegt und verdichtet dabei das in dem Zylinderraum befindliche
Fluid. Das komprimierte Fluid kann im Anschluss an den Kompressionshub über die
Ablaufleitung 216 und den Hohlraum 208 ausgestoßen werden.
Handelt es sich bei der Pumpeneinheit um eine Vorförderpumpe
einer Einspritzanlage einer Brennkraftmaschine, so kann das mit
Druck beaufschlagte Fluid einer weiteren Pumpe zugeführt werden,
die das Fluid mit einem wiederum höheren Druck zu einem Hochdruck-Kraftstoffspeicher
fördern
kann, dem so genannten Common Rail.
-
3 zeigt
eine Pumpeneinheit 300. Die Pumpeneinheit 300 weist
ein Zylindergehäuse 301 auf.
In einem Zylinderraum 302, der von dem Zylindergehäuse 301 umgeben
wird, ist ein Pumpenkolben 303 beweglich angeordnet. Das
Zylindergehäuse 301 umgibt
mit einem zurückgesetzten
Bereich 304 des Pumpenkolbens 303 einen Hohlraum 305. Der
Hohlraum 305 ist hydraulisch an der Ansaugseite der Pumpeneinheit 300 angeordnet.
Das Zylindergehäuse 301 umgibt
weiterhin eine Ablaufleitung 306, durch die Fluid abgeführt werden
kann. Hydraulisch mit der Ablaufleitung 306 ist ein Hohlraum 307 gekoppelt,
der von dem Gehäusekörper 301 umgeben wird.
-
In
dem Hohlraum 307 ist ein Mittel zur Dämpfung 308 angeordnet.
Die Ablaufleitung 306 und der Hohlraum 307 sind
dem Zylinderraum 302 hydraulisch nachgeordnet. Der Hohlraum 307 ist
eingerichtet, dass wenn in ihm Fluid angeordnet ist, eine Bewegung
des Pumpenkolbens 303 durch das Fluid gedämpft wird.
Weiterhin können
in dem Hohlraum 307 aktive Dampfelemente angeordnet sein.
Beispielsweise ist in dem Hohlraum 307 eine Feder zur Dämpfung einer
Bewegung des Pumpenkolbens 303 angeordnet. In einer weiteren
Ausführungsform
ist in dem Hohlraum 307 eine Membran zur Dämpfung einer Bewegung
des Pumpenkolbens 303 angeordnet.
-
Das
Zylindergehäuse 301,
das beispielsweise Aluminium oder Kunststoff umfasst, ist eingerichtet,
an einer Pumpenanordnung angeordnet zu werden. Beispielsweise wird
die Pumpeneinheit 300 beziehungsweise das Zylindergehäuse 301 an
die Pumpenanordnung angeflanscht. Das Zylindergehäuse 301 kann
auch ein Gewinde aufweisen, um mit der Pumpenanordnung verschraubt
zu werden. Die Pumpeneinheit 300 kann auch über Schraubelemente
mit der Pumpenanordnung gekoppelt werden.
-
4 zeigt
eine Pumpeneinheit 400. Ein Pumpenkolben 403 ist
bewegbar in einem Zylinderraum 402 angeordnet. Der Zylinderraum 402 wird von
einem Zylindergehäuse 401 umgeben.
Der Pumpenkolben 403 schließt mit dem Zylindergehäuse 401 beziehungsweise
dem Zylinderraum 402 relativ dicht gegenüber einem
Fluid ab. An der Ansaugseite der Pumpeneinheit 401 weist
der Pumpenkolben 403 einen zurückgesetzten Bereich 404 auf.
Der Pumpenkolben 403 umgibt mit dem zurückgesetzten Bereich 404 zusammen
mit dem Zylindergehäuse 401 einen
Hohlraum 405. Der Zylinderraum 402 ist über eine
Ausnehmung im zurückgesetzten
Bereich 404 hydraulisch mit dem Hohlraum 405 gekoppelt.
Dem Zylinderraum 402 hydraulisch nachgeordnet ist eine Ablaufleitung 406,
die von dem Zylindergehäuse 401 umgeben
ist. Das Zylindergehäuse 401 umgibt
einen Hohlraum 407, der Hydraulisch mit dem Zylinderraum 402 und
der Ablaufleitung 406 gekoppelt ist.
-
In
dem Hohlraum 407 kann mindestens ein Mittel zur Dämpfung 408 angeordnet
sein. Das Mittel zur Dämpfung 408 ist
eingerichtet, eine Bewegung des Pumpenkolbens 403 zu dämpfen. Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Zylindergehäuse 401 eingerichtet,
die Pumpeneinheit 400 an einer Pumpenanordnung über eine
Bördelverbindung
zu koppeln. Die Pumpeneinheit kann auch über eine Flanschverbindung
mit der Pumpenanordnung gekoppelt werden.
-
Das
Zylindergehäuse 401 umfasst
beispielsweise Aluminium oder Kunststoff. So kann das Gesamtgewicht
der Pumpenanordnung reduziert werden. Die Ablaufleitung 406 kann
wie im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit dem Zylinder 402 einen Winkel von etwa 90° einschließen. Dies
entspricht einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung zu einer nicht
gezeigten Leitung die zu einem Volumenstromventil führt. Die
Ablaufleitung kann auch in einem anderen Winkel angeordnet werden.
Insbesondere kann die Ablaufleitung 406 nicht quer zum
Zylinderraum 402 angeordnet werden, so dass sie nicht parallel
zu der Leitung zum Volumenstromventil ist. Dadurch kann eine weitere
Dämpfung
einer Bewegung des Pumpenkolbens 403 ermöglicht werden
und eine Spiralströmung
des Fluids erzeugt werden. Es kann auch mindestens ein Druckbegrenzungsventil
angeordnet sein, dass eine dämpfende
Wirkung hat. Durch den gezeigten Aufbau ist insbesondere die Förderung
von Fluid bei kleinen Drehzahlen verbessert. Durch einen relativ
hohen Wirkungsgrad einer solchen Pumpeneinheit werden energetische
Verluste reduziert.
-
- 100
- Pumpenanordnung
- 101
- Gehäusekörper
- 102
- Kurbelraum
- 103
- Antriebswelle
- 104
- Exzenterabschnitt
- 110
- Pumpeneinheit
- 111
- Zylindergehäuse
- 112
- Zylinderraum
- 113
- Pumpenkolben
- 120
- Pumpeneinheit
- 121
- Zylindergehäuse
- 122
- Zylinderraum
- 123
- Pumpenkolben
- 201
- Gehäusekörper
- 203
- Antriebswelle
- 204
- Exzenterabschnitt
- 205
- Hubring
- 206
- Gleitlager
- 207
- Ausnehmung
- 208
- Hohlraum
- 210
- Pumpeneinheit
- 211
- Zylindergehäuse
- 212
- Zylinderraum
- 213
- Pumpenkolben
- 214
- zurückgesetzten
Bereich
- 215
- Hohlraum
- 216
- Ablaufleitung
- 217
- Zuleitung
- 300
- Pumpeneinheit
- 301
- Zylindergehäuse
- 302
- Zylinderraum
- 303
- Pumpenkolben
- 304
- zurückgesetzten
Bereich
- 305
- Hohlraum
- 306
- Ablaufleitung
- 307
- Hohlraum
- 308
- Mittel
zur Dämpfung
- 400
- Pumpeneinheit
- 401
- Zylindergehäuse
- 402
- Zylinderraum
- 403
- Pumpenkolben
- 404
- zurückgesetzten
Bereich
- 405
- Hohlraum
- 406
- Ablaufleitung
- 407
- Hohlraum
- 408
- Mittel
zur Dämpfung