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Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe und eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine.
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Zum Einspritzen von Kraftstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Dieselbrennkraftmaschine, kommen Einspritzanlagen zum Einsatz, die in den letzten Jahren immer mehr als so genannte „Common-Rail”-Anlagen ausgeführt sind. Bei diesen werden in den Brennräumen angeordnete Injektoren aus einem gemeinsamen Kraftstoffspeicher, dem Common-Rail, mit Kraftstoff versorgt. Der einzuspritzende Kraftstoff liegt dabei im Kraftstoffspeicher unter einem Druck von bis zu über 2000 bar vor.
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Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen weisen üblicherweise verschiedene Pumpen auf, mittels derer Kraftstoff gefördert wird, um in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebracht zu werden. Derartige Pumpen und Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen stellen hohe Anforderungen an die Genauigkeit des zur Einspritzung des Kraftstoffs in die Brennräume der Brennkraftmaschine erforderlichen Einspritzdrucks.
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Dies ist besonders wichtig, da immer strengere Gesetzesvorschriften bezüglich der zulässigen Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen, die in Kraftfahrzeugen angeordnet sind, erlassen werden. Diese machen es erforderlich, diverse Maßnahmen vorzunehmen, durch welche die Schadstoffemissionen gesenkt werden. So ist beispielsweise die Bildung von Ruß stark abhängig von der Aufbereitung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine. Dabei ist es vorteilhaft für die Senkung der Schadstoffemissionen, wenn der Kraftstoff sehr präzise in den Zylinder eingespritzt werden kann.
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Aus der
EP 1 296 060 B1 ist eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit einer Vorförderpumpe, 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 dann an mit dem Kraftstoffspeicher hydraulisch gekoppelte Injektoren verteilt werden kann. Bei geeigneter Ansteuerung der Hochdruckpumpe kann in dem Kraftstoffspeicher ein vorgegebener, von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängiger Druck erreicht werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hochdruckpumpe und eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, mit denen in einfacher Weise ein präzises und zuverlässiges Zumessen von Kraftstoff für die Brennkraftmaschine und ein einfacher Aufbau der Hochdruckpumpe beziehungsweise der Einspritzanlage ermöglicht werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts aus durch eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse ausgebildeten Ausnehmung, in der eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Hochdruckpumpe und mindestens ein Lager zum Lagern der Antriebsvorrichtung angeordnet sind, und einer Spülleitung, die hydraulisch mit der Ausnehmung gekoppelt ist und die ausgebildet ist zum Spülen der Ausnehmung und des mindestens einen Lagers. In der Spülleitung ist mindestens ein Stromregelventil angeordnet ist.
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Ein derartiges Stromregelventil ermöglicht es, dass ein konstanter Spülmittelstrom eingestellt werden kann. Auch bei Veränderungen am Lager der Antriebsvorrichtung während der Lebenszeit der Hochdruckpumpe beispielsweise durch Abnutzung kann ein Ansteigen des Spülmittelstroms und damit ein unnötiger Bedarf an Fluid vermieden werden. Des Weiteren können Reparaturen an der Hochdruckpumpe, insbesondere am Lager, vermieden werden. Darüber hinaus können niedrige Kosten für die Wartung und den Betrieb der Hochdruckpumpe erreicht werden. Das Stromregelventil ermöglicht eine sehr genaue Einstellung des maximalen Spülmittelstroms.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Stromregelventil in einem stromaufwärts der Ausnehmung angeordneten Zulaufabschnitt der Spülleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Spülmittelstrom auch für mehrere Lager mit einem einzigen Stromregelventil in einfacher Weise eingestellt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Stromregelventil in einem stromabwärts der Ausnehmung angeordneten Rücklaufabschnitt der Spülleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Spülmittelstrom auch für mehrere Lager mit einem einzigen Stromregelventil in einfacher Weise eingestellt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Hochdruckpumpe mindestens zwei Lager und mindestens zwei Rücklaufabschnitte der Spülleitung auf. Die Rücklaufabschnitte sind jeweils einem der Lager zugeordnet und stromabwärts der Lager angeordnet. Die Hochdruckpumpe hat mindestens zwei Stromregelventile. Jeweils eines der Stromregelventile ist in einem der Rücklaufabschnitte der Spülleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Spülmittelstrom für jedes Lager individuell über eines der Stromregelventile eingestellt werden kann.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das Stromregelventil oder die Stromregelventile in einem in dem Pumpengehäuse angeordneten Abschnitt der Spülleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das Stromregelventil oder die Stromregelventile in sehr sicherer Weise in der Hochdruckpumpe angeordnet sein können. Des Weiteren kann ein sehr kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe erreicht werden.
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Gemäß eines zweiten Aspekts umfasst die Erfindung eine Hochdruckpumpe zur Förderung eines Fluids, mit einem Pumpengehäuse, einer in dem Pumpengehäuse ausgebildeten Ausnehmung, in der eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben der Hochdruckpumpe angeordnet ist. In der Ausnehmung sind zwei Lagerräume zur Aufnahme jeweils eines Lagers angeordnet. Die Lager sind ausgebildet zum Lagern der Antriebsvorrichtung. Die Hochdruckpumpe hat eine Spülleitung, die hydraulisch mit der Ausnehmung gekoppelt ist und die ausgebildet ist zum Spülen der Ausnehmung und der Lager. Jedem der Lagerräume ist eine Drossel oder eine Blende zugeordnet. Die Drossel oder die Blende ist mit dem jeweils zugeordneten Lagerraum zum Einstellen eines Spülmittelstroms in dem jeweils zugeordneten Lager hydraulisch direkt gekoppelt.
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Derartige Drosseln oder Blenden ermöglichen es, dass ein konstanter Spülmittelstrom eingestellt werden kann. Auch bei Veränderungen am Lager der Antriebsvorrichtung während der Lebenszeit der Hochdruckpumpe kann ein Ansteigen des Spülmittelstroms und damit ein unnötiger Bedarf an Fluid vermieden werden. Des Weiteren können Reparaturen an der Hochdruckpumpe, insbesondere am Lager, vermieden werden. Darüber hinaus können niedrige Kosten für die Wartung und den Betrieb der Hochdruckpumpe erreicht werden. Der Spülmittelstrom für jedes Lager kann individuell über eine der Drosseln oder Blenden eingestellt werden kann. Die Drosseln oder Blenden sind einfach aufgebaute Bauteile zur Einstellung des maximalen Spülmittelstroms.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß des zweiten Aspekts ist jeweils einem der Lager ein Rücklaufabschnitt der Spülleitung direkt zugeordnet und stromabwärts des jeweiligen Lagers angeordnet. In jeweils einem der Rücklaufabschnitte der Spülleitung ist eine Drossel oder eine Blende angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass der Spülmittelstrom für jedes Lager individuell über eine der Drosseln oder Blenden eingestellt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform gemäß des zweiten Aspekts sind die Drosseln oder Blenden in einem in dem Pumpen gehäuse angeordneten Abschnitt der Spülleitung angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Drosseln oder Blenden in sehr sicherer Weise in der Hochdruckpumpe angeordnet sein können. Des Weiteren kann ein sehr kompakter Aufbau der Hochdruckpumpe erreicht werden.
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Gemäß eines dritten Aspekts umfasst die Erfindung eine Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, die aufweist eine Vorförderpumpe zur Förderung des Kraftstoffs aus einem Kraftstofftank in eine Pumpengehäuseausnehmung einer stromabwärts der Vorförderpumpe angeordneten Hochdruckpumpe gemäß des ersten oder zweiten Aspekts. Die Hochdruckpumpe ist ausgebildet zur Förderung von Kraftstoff aus einer Hochdruckkammer der Hochdruckpumpe in einen Injektor, mit dem Kraftstoff in die Brennkraftmaschine einspritzbar ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind nachfolgend anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine,
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2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Einspritzanlage, und
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3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Einspritzanlage.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Die in den Figuren dargestellte Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine weist einen Kraftstofftank 10 auf, aus dem mittels einer Vorförderpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Die Vorförderpumpe 12 ist mit Vorzug als Flügelzellenpumpe ausgeführt. Es kann jedoch auch eine andere Pumpenart, z. B. eine Zahnradpumpe oder eine Gerotorpumpe für die Vorförderung verwendet werden. Die Vorförderpumpe 12 ist vorzugsweise eine elektrisch betriebene Vorförderpumpe. Damit wird eine Steuerung der Förderleistung der Vorförderpumpe 12 unabhängig von der Förderleistung weiterer Pumpen möglich. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorförderpumpe 12 eine so genannte Intankpumpe, das heißt, sie ist innerhalb des Kraftstofftanks 10 angeordnet, und bevorzugt beispielsweise als Tauchpumpe ausgebildet.
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Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 ist eine Hochdruckpumpe 14 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 14 dient im Allgemeinen der Förderung eines Fluids. Das Fluid kann sowohl eine Flüssigkeit als auch ein Gas sein. Vorzugsweise ist das Fluid ein Kraftstoff. Die Hochdruckpumpe 14 in der Einspritzanlage dient der Förderung des Kraftstoffs in einen Kraftstoffspeicher 16. Der Kraftstoffspeicher 16 ist mit der Hochdruckpumpe 14 über eine Zuleitung hydraulisch gekoppelt. Die Hochdruckpumpe 14 kann vorzugsweise als Radialkolbenpumpe oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten ausgebildet sein, wie sie zum Einsatz in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt sind.
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Der Kraftstoffspeicher 16 ist des Weiteren über Leitungen mit einem Injektor 18 oder mehreren Injektoren 18 hydraulisch gekoppelt. Jedem der Injektoren 18 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine zugeordnet und jeder kann so angesteuert werden, dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Hochdruckpumpe 14 kann der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 18 in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden soll, einen hohen Einspritzdruck erreichen.
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Stromabwärts der Vorförderpumpe 12 ist weiter eine Spülleitung 20 angeordnet, die in eine Ausnehmung 24 eines Pumpengehäuses 22 der Hochdruckpumpe 14 mündet, so dass es möglich ist, die Hochdruckpumpe 14 während des Betriebs mit Kraftstoff zu spülen. Damit kann eine Kühlung und Schmierung der Hochdruckpumpe 14 bewirkt werden.
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Das Pumpengehäuse 22 hat vorzugsweise einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil. Eines der Gehäuseteile ist vorzugsweise als Gehäusedeckel ausgebildet. Damit ist eine Montage und Demontage der Hochdruckpumpe 14 einfach möglich.
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Der Kraftstoff kann von der Vorförderpumpe 12 über eine Leitung in ein Volumenstromsteuerventil 26 geführt werden. Mit dem Volumenstromsteuerventil 26 ist der Kraftstofffluss in eine Hochdruckkammer 28 der Hochdruckpumpe 14 einstellbar. Mittels eines Drucksensors, durch den der Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffspeicher 16 bestimmt werden kann, sowie gegebenenfalls in Abhängigkeit von weiteren Eingangsgrößen, kann das Volumenstromsteuerventil 26 so angesteuert werden, dass eine niederdruckseitige Regelung des der Hochdruckkammer 28 zugeführten Kraftstoffstroms möglich ist.
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In dem Pumpengehäuse 22 der Hochdruckpumpe 14 ist mindestens eine Pumpeneinheit 34 angeordnet. Vorzugsweise weist die Hochdruckpumpe 14 zwei oder drei Pumpeneinheiten 34 auf.
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Die Pumpeneinheit 34 weist einen Hochdruckkolben 36 auf, der in dem Pumpengehäuse 22 bewegbar gelagert ist. An einem Ende des Hochdruckkolbens 36 befindet sich die Hochdruckkammer 28. An einem weiteren Ende des Hochdruckkolbens 36 in der Ausnehmung 24 des Pumpengehäuses 22 können beispielsweise eine Antriebswelle 40 und ein Exzenterabschnitt 42 der Hochdruckpumpe 14 angeordnet sein, die zusammen eine Antriebsvorrichtung bilden. Die Ausnehmung 24 bildet in diesem Fall einen Exzenterraum aus. Alternativ kann die Hochdruckpumpe 14 auch als Kurbeltriebpumpe ausgeführt sein. In diesem Fall ist die Antriebsvorrichtung eine Kurbelwelle und die Ausnehmung 24 bildet einen Kurbelwellenraum. Die Antriebswelle 40 ist vorzugsweise mit zwei Lagern 44 in dem Pumpengehäuse 22 drehbar gelagert.
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Der Hochdruckkolben 36 steht mit dem Exzenterabschnitt 42 in Wirkverbindung. Der Hochdruckkolben 36 wird mittels einer Feder 46, die sich vorzugsweise an dem Pumpengehäuse 22 und am Hochdruckkolben 36 abstützt, in ständiger Anlage an den Exzenterabschnitt 42 gehalten, so dass ein Abheben und Wiederauftreffen des Hochdruckkolbens 36 auf den Exzenterabschnitt 42 vermieden werden kann.
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Um die Hochdruckkammer 28 mit Fluid befüllen zu können, ist diese mit einer Zulaufleitung 47 hydraulisch gekoppelt. In der Zulaufleitung 47 ist vorzugsweise ein Einlassventil 48 angeordnet. Das Einlassventil 48 erleichtert die Befüllung der Hochdruckkammer 28 und verhindert beim Befüllen das Zurückströmen des Fluids aus der Zulaufleitung 47. Die Hochdruckkammer 28 weist weiter eine Ablaufleitung 49 mit einem Auslassventil 50 auf. Über das Auslassventil 50 kann Fluid aus der Hochdruckkammer 28 zu dem Kraftstoffspeicher 16 hin ausgestoßen werden.
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Die Spülleitung 20 hat einen stromaufwärts der Ausnehmung 24 angeordneten Zulaufabschnitt 52. Die Spülleitung 20 hat mehrere stromabwärts der Ausnehmung 24 angeordnete Rücklaufabschnitte 54, von denen jeder einem der Lager 44 zugeordnet ist. Über den Zulaufabschnitt 52 der Spülleitung 20 wird der Ausnehmung 24 und den Lagern 44 Fluid zur Schmierung und Kühlung zugeführt. Über die Rücklaufabschnitte 54 der Spülleitung 20 wird Fluid aus der Ausnehmung 24 und von den Lagern 44 abgeführt und zu dem Kraftstofftank 10 zurückgeführt.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist in dem stromaufwärts der Ausnehmung 24 angeordneten Zulaufabschnitt 52 der Spülleitung 20 ein Stromregelventil 56 angeordnet. In einer weiteren Ausführungsform kann das Stromregelventil 56 in dem stromabwärts der Ausnehmung 24 angeordneten Rücklaufabschnitt 54 der Spülleitung 20 angeordnet sein. Mittels des Stromregelventils 56 ist eine sehr genaue Einstellung des maximalen Spülmittelstroms durch die Ausnehmung 24 möglich. Das Stromregelventil 56 ist vorzugsweise in dem als Gehäusedeckel ausgebildeten Gehäuseteil des Pumpengehäuses 22 angeordnet. Damit kann das Stromregelventil 56 einfach zusammen mit dem Gehäusedeckel ausgetauscht werden.
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In einer weiteren in 2 gezeigten Ausführungsform mit zwei Stromregelventilen 56 ist jeweils eines der Stromregelventile 56 in den stromabwärts der Ausnehmung 24 angeordneten Rücklaufabschnitten 54 der Spülleitung 20 angeordnet. Damit ist eine individuelle Einstellung des maximalen Spülmittelstroms durch die beiden Lager 44 möglich.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform hat die Hochdruckpumpe 14 zwei Drosseln oder Blenden 58. Jeweils eine der Drosseln oder Blenden 58 ist in den beiden stromabwärts der Ausnehmung 24 und der beiden Lager 44 angeordneten Rücklaufabschnitten 54 der Spülleitung 20 angeordnet. Damit ist jeweils einem der Lager 44 eine der Drosseln oder Blenden 58 zugeordnet, so dass der Spülmittelstrom für die beiden Lager 44 über jede der Drosseln oder Blenden 58 individuell eingestellt werden kann. Eine Drossel oder eine Blende ist ein sehr einfach aufgebautes Bauteil zur Einstellung des maximalen Spülmittelstroms. Die Drosseln oder Blenden 58 sind vorzugsweise in dem als Gehäusedeckel ausgebildeten Gehäuseteil des Pumpengehäuses 22 angeordnet. Damit können die Drosseln oder Blenden 58 einfach zusammen mit dem Gehäusedeckel ausgetauscht werden.
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Im Folgenden soll die Funktion der Einspritzanlage für die Brennkraftmaschine beschrieben werden:
Die Vorförderpumpe 12 fördert Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 10 in die Ausnehmung 24 des Pumpengehäuses 22, in der die Antriebswelle 40 und der Exzenterabschnitt 42 angeordnet sind. Durch den über die Spülleitung 20 herangeführten Kraftstoff kann eine Schmierung der Antriebswelle 40 und des Exzenterabschnitts 42 erreicht werden. Des Weiteren können mittels des Kraftstoffs die Antriebswelle 40 und der Exzenterabschnitt 42 gekühlt werden. Anschließend gelangt der Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 10.
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Durch eine Drehbewegung der Antriebswelle 40 wird der Hochdruckkolben 36 mittels des Exzenterabschnitts 42 radial zur Antriebswelle 40 hinbewegt. Dabei wird die Hochdruckkammer 28 über das Einlassventil 48 mit dem Kraftstoff befüllt. Durch eine weitere Drehbewegung der Antriebswelle 40 wird der Hochdruckkolben 36 durch den Exzenterabschnitt 42 axial von der Antriebswelle 40 wegbewegt und verdichtet dabei den in der Hochdruckkammer 28 befindlichen Kraftstoff.
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Der Kraftstoff wird dann von der Hochdruckkammer 28 zu dem Kraftstoffspeicher 16 transportiert. Vom Kraftstoffspeicher 16 wird der Kraftstoff den Injektoren 18 zugeführt, um von diesen in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt zu werden.
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In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann der maximale Spülmittelstroms mittels des Stromregelventils 56 genau eingestellt werden. Verändert sich eines der Lager 44 der Antriebsvorrichtung während der Lebenszeit der Hochdruckpumpe 14 beispielsweise durch Verschleiß, so kann mittels des am Stromregelventil 56 eingestellten Fluiddurchsatzes ein Ansteigen des Spülmittelstroms durch die Spülleitung 20 vermieden werden.
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Mittels der in 2 gezeigten Ausführungsform kann der maximale Spülmittelstrom über die beiden Lager 44 mittels der beiden Stromregelventile 56 sehr genau begrenzt werden. Verändert sich eines der Lager 44 der Antriebsvorrichtung während der Lebenszeit der Hochdruckpumpe 14 beispielsweise durch Verschleiß, so kann mittels der an den Stromregelventilen 56 für die beiden Lager 44 eingestellten Fluiddurchsätzen ein Ansteigen des Spülmittelstroms vermieden werden.
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Mittels der in 3 gezeigten Ausführungsform kann der maximale Spülmittelstrom über die beiden Lager 44 mittels der Drosseln oder Blenden 58 begrenzt werden. Verändert sich eines der Lager 44 der Antriebsvorrichtung während der Lebenszeit der Hochdruckpumpe 14 beispielsweise durch Verschleiß, so kann der maximale Spülmittelstrom für jedes der Lager 44 an jeder der Drosseln oder Blenden 58 individuell eingestellt werden und ein Ansteigen des Spülmittelstroms kann so in einfacher Weise vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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