DE10210300A1

DE10210300A1 - Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe und Hochdruckpumpe mit steuerbarer Fördermenge

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Publication number: DE10210300A1
Application number: DE2002110300
Authority: DE
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-03-08
Filing date: 2002-03-08
Publication date: 2003-09-25
Anticipated expiration: 2022-03-09
Also published as: DE10210300B4

Abstract

Es werden ein Pumpenelement (3) sowie eine Hochdruckpumpe (1) vorgeschlagen, bei der über einen Druckspeicher (35) mit einstellbarem Haltedruck die Fördermenge der Pumpenelemente (3) stufenlos zwischen 0% und 100% geregelt werden kann.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Hochdruckpumpe nach dem nebengeordneten Anspruch 7.
Bei Verdrängermaschinen oder -pumpen - auch volumetrische Pumpen genannt - wird ein Förderraum, der z. B. von einem Zylinder und einem darin oszillierenden Kolben begrenzt wird, während er sich vergrößert mit einem Niederdruckanschluss verbunden (Saughub) und saugt auf diese Weise das zu fördernde Fluid an. Wenn der Förderraum sich wieder verkleinert (Förderhub), wird das im Förderraum befindliche Fluid in einen Hochdruckkanal ausgeschoben. Dabei entstehen vor allem im Hochdruckkanal Druckstöße, was nachteilig ist.
Nachteilig an vielen Verdrängermaschinen ist außerdem, dass ihre Fördermenge bei konstanter Drehzahl nicht regelbar ist. Zur Regelung der Fördermenge von Kolbenpumpen ist es bekannt, ein im Niederdruckanschluss angeordnetes Einlassventil und/oder ein im Hochdruckkanal angeordnetes Auslassventil anzusteuern. So kann beispielsweise zu Beginn des Förderhubs eines Pumpenelements das Einlassventil aufgesteuert werden, so dass das aus dem Förderraum geförderte Fluid nicht in den Hochdruckkanal, sondern zurück in den Niederdruckanschluss strömt. Wenn die bis zum oberen Totpunkt des Kolbens verbleibende Fördermenge der gewünschten Fördermenge entspricht, wird das Einlassventil geschlossen und das aus dem Förderraum geförderte Fluid gelangt in den Hochdruckkanal. Durch die Variation der Zeitdauer, während der das Einlassventil offengehalten wird, kann auf diese Weise der von der Verdrängermaschine geförderte Volumenstrom zwischen 0% auf 100% des maximal möglichen Volumenstroms eingestellt werden.
Nachteilig an dieser Art der Fördermengenregelung ist, dass das Einlassventil zwischen den Totpunkten des Arbeitskolbens geschlossen wird, so dass der Pumpenkolben zu diesem Zeitpunkt bereits eine erhebliche Geschwindigkeit aufweist. Infolgedessen wird mit dem Schließen des Einlassventils der Kolben sowie dessen Antrieb, bestehend beispielweise aus einer Antriebswelle mit einem Exzenter, einer schlagartigen Belastung ausgesetzt. Außerdem führt die sprunghafte Änderung der Fördermenge im Hochdruckkanal zu einem Druckstoß in dem Hochdruckkanal, was die Druckregelung im Hochdruckkanal und in den daran anschließenden Bauteilen erschwert und möglicherweise die Funktion von Bauteilen, wie Injektoren oder Einspritzdüsen, zumindest beeinträchtigt.

Aus der DE 195 23 282 A1 ist eine Axialkolbenpumpe bekannt, bei der der Schwenkwinkel der Taumelscheibe einstellbar ist, so dass sich der Förderhub der von der Taumelscheibe angetriebenen Pumpenkolben einstellen lässt. Diese Axialkolbenpumpe, insbesondere deren Antrieb über eine verstellbare Taumelscheibe, ist relativ aufwendig in der Herstellung und für höchste Drücke über 1500 bar nur bedingt einsetzbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe und eine Hochdruckpumpe bereitzustellen, deren Fördermenge auf einfache Weise regelbar ist und die auch bei höchsten Förderdrücken von über 1500 bar einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe mit einem in einer Zylinderbohrung oszillierenden Pumpenkolben, wobei die Zylinderbohrung und der Pumpenkolben einen Förderraum begrenzen, und wobei der Pumpenkolben ein Fluid, insbesondere Kraftstoff, über einen Niederdruckanschluss in den Förderraum ansaugt und in einen Hochdruckkanal fördert, dadurch gelöst, dass der Förderaum mit einem Druckspeicher hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Haltedruck des Druckspeichers steuerbar ist.

Vorteile der Erfindung

Bei diesem Pumpenelement kann der Höchstdruck im Förderraum dadurch begrenzt werden, dass der Haltedruck des mit dem Förderraum hydraulisch in Verbindung stehenden Druckspeichers entsprechend gesteuert wird. Infolgedessen wird auch der Druck im Hochdruckkanal begrenzt. Durch eine geeignete Abstimmung des Haltedrucks im Druckspeicher mit auf den im Hochdruckkanal herrschenden Druck kann die Fördermenge des Pumpenelements auf jeden beliebigen Wert zwischen 0% und 100% der maximalen Fördermenge eingestellt werden. Dabei entstehen keine stoßartigen Belastungen am Pumpenelement und Pumpenantrieb, bestehend beispielsweise aus einer Exzenterwelle, einem Polygonring und Rollenstößeln. Außerdem werden die unerwünschten Druckstöße im Hochdruckkanal weitestgehend abgebaut. Dadurch ergibt sich eine bessere Regelgüte des Drucks im Hochdruckkanal und der mit dem Hochdruckkanal hydraulisch in Verbindung stehenden Bauteile. Auch die Funktion der von dem Pumpenelement mit unter Hochdruck stehendem Fluid, insbesondere Kraftstoff, versorgten Bauteile wird nicht durch die Fördermengenregelung beeinträchtigt. Schließlich kann die in den Druckspeicher gespeicherte Druckenergie beim nächsten Saughub wiedergewonnen werden, was den Pumpenwirkungsgrad verbessert.

Varianten der Erfindung sehen vor, dass der Druckspeicher als Kolbenspeicher, insbesondere als federbelasteter Kolbenspeicher, ausgeführt ist, und/oder dass der Kolbenspeicher einen in einer Bohrung dichtend geführten Speicherkolben aufweist, dass eine erste Stirnfläche des Speicherkolbens mit dem Druck des Fluids aus dem Förderraum beaufschlagt wird, und dass der auf eine zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wirkende Druck von einem Druckregelventil geregelt wird. Durch diese Anordnung kann der Haltedruck des Druckspeichers auf einfache Weise eingestellt bzw. geregelt werden. Aufgrund der Speicherwirkung des Kolbenspeichers kann zumindest ein Teil des aus dem Förderraum in den Druckspeicher geförderten Fluids während des Saughubs des Pumpenelements wieder in den Förderraum zurückströmen, so dass die Energieverluste bei der Fördermengenregelung minimiert werden.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Pumpenelements sieht vor, dass die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens über eine Drossel mit dem Hochdruckkanal hydraulisch in Verbindung steht, so dass ein statischer Druckausgleich zwischen dem Hochdruckkanal und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens stattfinden kann. Insbesondere wenn der Druckspeicher als federbelasteter Kolbenspeicher ausgeführt ist, kann während dieses statischen Druckausgleichs der Speicherkolben durch die Federkraft auf einen Dichtsitz im Gehäuse des Druckspeichers gepresst werden, so dass die von dem Druck des Förderraums beaufschlagte Fläche der ersten Stirnfläche des Speicherkolbens kleiner als die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wird. Dadurch wird bis zum Erreichen einer vom Verhältnis der mit Druck beaufschlagten Flächen der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens sowie der Federkraft der Druckfeder abhängigen Druckdifferenz der Speicherkolben vom Sitz abgehoben und entsprechend dem dynamischen Gleichgewicht zwischen dem Druck im Hochdruckanschluss bzw. dem Förderraum und der auf die zweite Stirnfläche des Speicherkolbens wirkenden hydraulischen Kraft sowie der auf den Speicherkolben wirkenden Federkraft ein Druck im Förderraum eingestellt.

Durch die geeignete Abstimmung der Federrate und Vorspannkraft der Druckfeder, der Größe der ersten Stirnfläche und der zweiten Stirnfläche des Speicherkolbens, sowie des Durchmessers des Dichtsitzes kann das Ansprech- und Schließverhalten des Druckspeichers in weiten Grenzen an die jeweiligen Einsatzbedingungen adaptiert werden.

Um ein Rückströmen des Fluids aus dem Hochdruckkanal in den Förderraum zu unterbinden, kann vorgesehen werden, dass zwischen Förderraum und Drossel ein erstes Rückschlagventil angeordnet ist.

Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Hochdruckpumpe, welche eine oder mehrere Pumpenelemente nach einem der vorhergehend beschriebenen Pumpenelemente aufweist, und dass jedem Pumpenelement ein Druckspeicher zugeordnet ist. Diese Hochdruckpumpe hat die zuvor genannten Vorteile der erfindungsgemäßen Pumpenelemente.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe sehen vor, dass der auf die zweiten Stirnseiten der der den mehreren Pumpenelementen zugeordneten Druckspeicher wirkende Druck von einem gemeinsamen Druckregelventil geregelt wird, so dass der Bauaufwand verringert und die Regelgüte im Hochdruckbereich verbessert wird.

Die erfindungsgemäße Hochdruckpumpe kann als Reihenpumpe, Radialkolbenpumpe, Axialkolbenpumpe oder als Verteilerpumpe aufgebaut sein. Sie kann insbesondere als Hochdruckpumpe für Kraftstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen mit oder ohne Common-Rail, insbesondere für Otto- und Dieselmotoren, eingesetzt werden. Alternativ kann die Pumpe auch zum Wasserstrahlen oder Wasserstrahlschneiden eingesetzt werden.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar.

Zeichnung

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Reihenpumpe 1 mit zwei Pumpenelementen 3 erläutert. Diese Reihenpumpe 1 kann in Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Common-Rail-Einspritzanlagen, eingesetzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird dies auch vorausgesetzt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf den Einsatz in Krafteinspritzanlagen beschränkt, sondern kann überall dort mit Vorteil eingesetzt werden, wo flüssige Medien unter höchsten Drücken gefördert werden müssen. Ein mögliches Anwendungsbeispiel ist der Einsatz in Hochdruckhydraulikanlagen oder Anlagen zum Wasserstrahlschneiden oder Hochdruckreinigen mit Wasser.
Die Reihenpumpe 1 weist ein Gehäuse 5 auf, in dem eine Antriebswelle 7 drehbar gelagert ist. Die Lager sind in der Figur mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Ein Radialwellendichtring 11 dichtet den Innenraum 13 des Gehäuses 5 gegen die Umgebung ab.
In das Gehäuse 5 sind zwei Zylinderbohrungen 15 eines Pumpenelements 3 eingearbeitet. In den Zylinderbohrungen 15 ist je ein Pumpenkolben 17 so eingepasst, dass der Pumpenkolben 17 in der Zylinderbohrung oszillieren kann und die Leckage zwischen einem Förderraum 19 und dem Innenraum 13 minimiert ist. Die oszillierende Bewegung der Pumpenkolben 17 wird durch exzentrische Abschnitte 21 der Antriebswelle 7 auf die Pumpenkolben 17 übertragen. In Fig. 1 sind die zwei Kolben 17 um 180° phasenverschoben dargestellt. Der in Fig. 1 linke Kolben 17 befindet sich im oberen Totpunkt (OT), der in Fig. 1 rechte Kolben 17 befindet sich im unteren Totpunkt (UT). Wenn die Antriebswelle um 180° gedreht wird (nicht dargestellt), befindet sich der rechte Kolben im OT und der linke Kolben im UT.
Die Zylinderbohrungen 15 und die Pumpenkolben 17 begrenzen, wie bereits erwähnt, einen Förderraum 19. In der Saugphase, d. h. wenn der Pumpenkolben 17 vom OT zum UT sich bewegt, saugt der Pumpenkolben Kraftstoff aus einem Niederdruckanschluss 23 in den Förderraum 19. Dies erfolgt über eine erste Niederdruckleitung 25. In die erste Niederdruckleitung 25 ist für jedes Pumpenelement 3 ein als Rückschlagventil ausgebildetes Einlassventil 27 eingebaut. Die Einlassventile 27 verhindern das Rückströmen von Kraftstoff oder einem anderen Fluid aus dem Förderraum 19 in die erste Verbindungsleitung 25 während des Förderhubs der Pumpenelemente 3.
Über zweite Verbindungsleitungen 29 stehen die Förderräume 19 mit einem Hochdruckanschluss 31 hydraulisch in Verbindung. Der Hochdruckanschluss 31 ist in Fig. 1 nur als Punkt dargestellt. An ihn kann beispielsweise ein Common-Rail (nicht dargestellt) mit Injektoren für jeden Zylinder der Brennkraftmaschine (ebenfalls nicht dargestellt) angeschlossen werden. Alternativ können auch Einspritzdüsen oder andere hydraulische Verbraucher, die mit einem unter höchstem Druck stehenden Fluid versorgt werden müssen, angeschlossen werden.
Um das Rückströmen von Kraftstoff auf den Hochdruckanschluss 31 in die Förderräume 19 zu verhindern, ist in den zweiten Verbindungsleitungen 29 kurz vor dem Eintritt in die Förderräume 19 ein Auslassventil 33 je Pumpenelement 3 angeordnet. Die Einlassventile 27 und Auslassventile 33 haben die Funktion von Rückschlagventilen und können in jeder aus dem Stand der Technik bekannten Ausführung bei einem erfindungsgemäßen Pumpenelement 3 eingesetzt werden. Bis hierhin entspricht die Funktionsweise der Pumpenelemente 3 den aus dem Stand der Technik bekannten Pumpenelementen.
Die Fördermenge je Umdrehung der Antriebswelle 7 ist nahezu konstant über den gesamten Betriebsbereich der Hochdruckpumpe, da, abgesehen von Leckageverlusten zwischen Förderraum 19 und Innenraum 13 und anderen Verlusten, stets das gesamte Förderraumvolumen 19 während des Förderhubs in den Hochdruckanschluss 31 gefördert wird.
Um die Fördermenge der Hochdruckpumpe bei konstanter Drehzahl regeln zu können, ist jedem Pumpenelement 3 ein als Kolbenspeicher ausgeführter hydraulischer Druckspeicher 35 zugeordnet. Die Druckspeicher 35 bestehen aus einem Speicherkolben 37, der in einer Bohrung 39 dichtend geführt ist. Die Abdichtung zwischen Bohrung 39 und Speicherkolben 37 erfolgt bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel über je einen Dichtring 41.
Die Speicherkolben 37 weisen eine erste Stirnfläche 43 und eine zweite Stirnfläche 45 auf. Die Bohrungen 39 sind bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso wie die Zylinderbohrungen 15 in das Gehäuse 5 eingearbeitet. Die Druckspeicher können auch außerhalb des Gehäuses 5 angeordnet werden. Am in Fig. 1 unteren Ende der Bohrungen 39 ist ein Dichtsitz 47 eingearbeitet, an welchem der Pumpenkolben 37 mit seiner ersten Stirnfläche 43 aufsitzen kann. Zwischen dem Gehäuse 5 und der zweiten Stirnfläche 45 der Speicherkolben 37 ist eine Druckfeder 49 eingespannt. Die Druckfeder 49 ist bestellt, den Speicherkolben 37 auf den Dichtsitz 47 zu drücken.
Zwischen einem von der ersten Stirnfläche 43 des Speicherkolbens 37 und der Bohrung 39 begrenzten ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 und dem Förderraum 19 des zugehörigen Pumpenelements 3 ist eine hydraulische Verbindung über eine dritte Verbindungsleitung 53 vorgesehen. Die Mündung der dritten Verbindungsleitung 53 in den ersten Druckraum 51 ist vom Dichtsitz 47 umgeben, so dass, wenn der Speicherkolben 37 auf dem Dichtsitz 47 aufliegt, nur die vom Dichtsitz 47 eingeschlossene Teilfläche der ersten Stirnfläche 43 des Speicherkolbens 37 mit dem Druck aus dem Förderraum 19 beaufschlagt wird. Dazu wird später noch Näheres gesagt.
Ein zweiter Druckraum 55, der von der zweiten Stirnfläche 45 und der Bohrung 39 begrenzt wird, ist über eine vierte Verbindungsleitung 57 mit einem Druckregelventil 59 verbunden. Das Druckregelventil 59 ist so ansteuerbar, dass der Druck in den zweiten Druckräumen 55 einem gewünschten Sollwert entspricht.
Über eine fünfte Verbindungsleitung 61 ist eine hydraulische Verbindung zwischen der zweiten Verbindungsleitung 29 und somit auch den Förderräumen 19 und den zweiten Druckräumen 55 hergestellt. In der fünften Verbindungsleitung 61 ist eine Drossel 63 angeordnet, die einen statischen Druckausgleich zwischen dem in der zweiten Verbindungsleitung 29 und dem zweiten Druckraum 55 herrschenden Druck ermöglicht. Allerdings verhindert die Drossel 63, dass die gesamte Fördermenge der Pumpenelemente 3 in die vierten Verbindungsleitungen 57 und die zweiten Druckräume 55 strömen kann. Die Druckfedern 49 sind so bemessen, dass bei einem Druckanstieg in den Förderräumen 19 die Auslassventile 33 öffnen und somit eine hydraulische Verbindung zwischen Förderräumen 19 und Hochdruckanschluss 31 zulassen, bevor die Speicherkolben 37 von dem Dichtsitz 47 abheben.
Nachfolgend wird die Funktion eines erfindungsgemäßen Pumpenelements an dem in Fig. 1 rechten Pumpenelement erläutert:

Betriebsfall 1

Der Druck in einem an den Hochdruckanschluss 31 angeschlossenen Common-Rail soll erhöht werden (maximaler Förderstrom)

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein Steuerdruck eingestellt, der dem zu erreichenden Druck in dem nicht dargestellten Common-Rail entspricht. Der Druck am Hochdruckanschluss 31, an der zweiten Verbindungsleitung 29, der vierten Verbindungsleitung 57 und den zweiten Druckräumen 55 ist gleich, da über die fünfte Verbindungsleitung 61 ein Druckausgleich möglich ist. Zu Beginn eines Förderhubs, d. h. wenn der Pumpenkolben 17 im UT beginnt, sich in Richtung OT zu bewegen, liegt der Speicherkolben 37 mit seiner ersten Stirnfläche 43 auf dem Dichtsitz 47 auf. Je näher der Pumpenkolben 17 dem OT kommt, desto größer wird der Druck im Förderraum 19, bis schließlich das Auslassventil 33 öffnet und den Förderraum 19 mit dem Hochdruckanschluss 31 verbindet. Da der am Druckbegrenzungsventil 59 eingestellte Haltedruck über dem Öffnungsdruck des Auslassventils 33 liegt, bleibt der Speicherkolben 37 druckausgeglichen und behält aufgrund der von der Druckfeder 49 auf ihn ausgeübten Kraft seine Lage auf dem Dichtsitz 47 bei. Infolgedessen wird das gesamte Fördervolumen des Pumpenelements über das Auslassventil 33 in den Hochdruckanschluss 31 gefördert. Nach Erreichen des OT kehrt sich die Bewegung des Pumpenkolbens 17 um, das Einlassventil 27 öffnet und das zu fördernde Fluid kann aus dem Niederdruckanschluß 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 angesaugt werden.

Betriebsfall 2

Der Druck in einem angeschlossenen Common- Rail soll reduziert werden (je Förderung)

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein Steuerdruck eingestellt, der dem reduzierten Druck in einem an den Hochdruckanschluss 31 angeschlossenen Common-Rail (nicht dargestellt) entspricht. Da der Druck im Hochdruckanschluss 31 über dem am Druckbegrenzungsventil 59 eingestellten Druck liegt, strömt Fluid aus dem Hochdruckanschluss 31 über die Drossel 63 und die vierte Verbindungsleitung 57 durch das Druckbegrenzungsventil 59 in die erste Verbindungsleitung 25, welche mit dem Niederdruckanschluss 23 verbunden ist. Alternativ kann der Ausgang des Druckbegrenzungsventils 59 auch in eine nicht dargestellte Leckageleitung münden. Die durch das Druckbegrenzungsventil 59 strömende Fluidmenge hängt von der Dimensionierung der Drossel 63 ab.
Aufgrund der sich an der Drossel 63 einstellenden Druckdifferenz ist der Druck im zweiten Druckraum 55 des Druckspeichers 35 niedriger als der Druck am Hochdruckanschluss 31. Zu Beginn eines Förderhubs, d. h. in der dargestellten Position des rechten Pumpenkolbens 17 in Fig. 1, dichtet der Speicherkolben 37 mit seinem Dichtsitz 47 und dem Dichtring 41 den ersten Druckraum 51 gegen den zweiten Druckraum 55 des Druckspeichers 35 ab. Dadurch steigt mit zunehmendem Förderhub der Druck im Förderraum 19 und damit auch im ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 an. Wenn der Druck im Förderraum 19 ausreicht, um den Speicherkolben 37 gegen den Druck im zweiten Druckraum 55, der auf die zweite Stirnfläche 45 des Speicherkolbens 37 wirkt, und die von der Druckfeder 49 ausgeübte Kraft zu bewegen, hebt der Speicherkolben 37 vom Dichtsitz 47 ab und aus dem Förderraum 19 kann Fluid über die dritte Verbindungsleitung 53 in den ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 strömen. Dabei entspricht das Volumen des ersten Druckraums 51 der aus dem Förderraum 19 in den ersten Druckraum 51 geförderten Fluidmenge. Das Auslassventil 33 bleibt geschlossen, so dass keine Förderung aus dem Förderraum 19 in den Hochdruckanschluss 31 erfolgt. Infolge des Leckagestroms über die Drossel 63 und gegebenenfalls angeschlossener Verbraucher (z. B. nicht dargestellte Anschlussventile) sinkt der Druck im angeschlossenen Common-Rail (nicht dargestellt). Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 17 um und das Fluid kann aus dem ersten Druckraum 51 des Druckspeichers 35 und aus dem Niederdruckanschluss 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 angesaugt werden.

Betriebsfall 3

Der Druck in einem Common-Rail soll gehalten werden bei geringem Förderstrom

Mit dem Druckbegrenzungsventil 59 wird ein neuer Druck eingestellt, der dem Solldruck im Common-Rail entspricht. Der Druck am Hochdruckanschluss 31 und dem zweiten Druckraum 55 der Druckspeicher 35 ist wegen des statischen Druckausgleichs über die Drossel 63 gleich. Zu Beginn eines Förderhubs dichtet der Speicherkolben 37 mit dem Dichtsitz 47 und dem Dichtring 41 den ersten Druckraum 51, der mit dem Druck aus dem Förderraum 19 beaufschlagt ist, gegen den zweiten Druckraum 55 ab. Mit zunehmendem Förderhub steigt der Druck im Förderraum 19, bis das Auslassventil 33 öffnet und eine Förderung in den Hochdruckanschluss erfolgt. Wegen der auf die zweite Stirnfläche 45 des Speicherkolbens 37 erfolgenden hydraulischen Kräfte und der von der Druckfeder 49 auf den Speicherkolben 37 ausgeübten Federkraft behält der Speicherkolben zunächst seine Position auf dem Dichtsitz 47 bei. Wenn das Auslassventil 33 geöffnet ist, kann Fluid aus dem Förderraum 19 in den Hochdruckanschluss 31 weiter in den nicht dargestellten Common-Rail gefördert werden. Dadurch steigt der Druck im Common-Rail und im Förderraum 19. Der Druck im zweiten Druckraum 55 der Druckspeicher 35 steigt jedoch wegen der Drossel 63 und dem Haltedruck des Druckbegrenzungsventils 59 nicht. Sobald der Druck im Förderraum 19 so weit angestiegen ist, dass die auf die erste Stirnfläche 43 wirkende hydraulische Kraft größer ist als die Kraft der Druckfeder 49 und der auf die zweite Stirnfläche 45 wirkenden hydraulischen Kräfte, hebt der Speicherkolben 37 vom Dichtsitz 47 ab, das Auslassventil 33 schließt und das Fluid wird aus dem Förderraum 19 in den ersten Druckraum 51 gefördert. Somit wird nur eine geringe Fluidmenge zum Hochdruckanschluss 31 gefördert, die ausreicht, um Leckagen und den Bedarf der an den Common-Rail angeschlossenen Injektoren oder anderer Verbraucher zu decken. Nach Erreichen des oberen Totpunkts kehrt sich die Bewegung des Pumpenkolbens 17 um und das Fluid kann aus dem ersten Druckraum 51 und aus dem Niederdruckanschluss 23 in den sich nun vergrößernden Förderraum 19 einströmen.
Durch die erfindungsgemäße Fördermengenregelung kann ohne Druckstöße im Hochdruckanschluss 31 eine stufenlose Fördermengenregelung der Pumpenelemente bei konstanter Drehzahl der Antriebswelle auf einfache Weise realisiert werden. Für eine Mehrzahl von Pumpenelementen 3 ist nur ein gemeinsames Druckregelventil 59 notwendig, was die Herstellungs- und Montagekosten verringert und die Regelgüte verbessert. Wenn das Druckregelventil 59 stromlos geschlossen wird, kann auch bei einer defekten Ansteuerung des Druckregelventils die Funktionsfähigkeit der Pumpenelemente - jedoch ohne Fördermengenregelung - aufrechterhalten werden.

Claims

1. Pumpenelement für eine Hochdruckpumpe (1) mit einem in einer Zylinderbohrung (15) oszillierenden Pumpenkolben (17), wobei die Zylinderbohrung (15) und der Pumpenkolben (17) einen Förderraum (19) begrenzen, wobei der Pumpenkolben (17) ein Fluid, insbesondere Kraftstoff, über einen Niederdruckanschluss (23) in den Förderraum (19) ansaugt und in einen Hochdruckanschluss (31) fördert, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderraum (19) mit einem Druckspeicher hydraulisch in Verbindung steht, und dass der Haltedruck des Druckspeichers steuerbar ist.

2. Pumpenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher als Kolbenspeicher, insbesondere als federbelasteter Kolbenspeicher (35) mit einem auf einen Speicherkolben (37) wirkenden Federelement (49), ausgeführt ist.

3. Pumpenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenspeicher (35) einen in einer Bohrung (39) dichtend geführten Speicherkolben (37) aufweist, dass eine erste Stirnfläche (43) des Speicherkolbens (37) mit dem Druck des Fluids aus dem Förderraum (19) beaufschlagt wird, und dass der auf eine zweite Stirnfläche (45) des Speicherkolbens (37) wirkende Druck von einem Druckregelventil (59) geregelt wird.

4. Pumpenelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (35) einen Dichtsitz (47) aufweist, dass die erste Stirnfläche (43) des Speicherkolbens (37) mit dem Dichtsitz (47) zusammenwirkt, und dass der vom Dichtsitz (47) begrenzte Teil der ersten Stirnfläche (43) mit dem Druck aus dem Förderraum (19) auch dann beaufschlagt wird, wenn der Speicherkolben (37) auf dem Dichtsitz (47) aufliegt.

5. Pumpenelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stirnfläche (45) des Speicherkolbens (37) über eine Drossel (63) mit dem Hochdruckanschluss (31) hydraulisch in Verbindung steht.

6. Pumpenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abfluss (57) des Druckregelventils (59) mit dem Niederdruckanschluss (23) oder einer Leckageleitung hydraulisch in Verbindung steht.

7. Pumpenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Förderraum (19) und Drossel (63) ein Auslassventil (33) vorgesehen ist.

8. Hochdruckpumpe zur Förderung von Fluiden, insbesondere Kraftstoff oder Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe mindestens ein Pumpenelement (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist, und dass jedem Pumpenelement (3) ein Druckspeicher (35) zugeordnet ist.

9. Hochdruckpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der auf die zweiten Stirnseiten (45) der den mehreren Pumpenelementen (3) zugeordneten Druckspeicher (35) wirkende Druck von einem gemeinsamen Druckregelventil (59) geregelt wird.

10. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe als Reihenpumpe, Axialkolbenpumpe oder Radialkolbenpumpe aufgebaut ist.

11. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe als Verteilerpumpe aufgebaut ist.

12. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe für Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto- und Dieselmotoren, ist.

13. Hochdruckpumpe nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe eine Kraftstoffhochdruckpumpe für Common-Rail-Einspritzanlagen von Brennkraftmaschinen, insbesondere Otto- und Dieselmotoren, ist.