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DE10243148A1 - Radial piston pump unit used in high-pressure injection systems for internal combustion engines, especially common rail injection systems, comprises a fuel-conveying pump with a spring-loaded low-pressure pump piston - Google Patents

Radial piston pump unit used in high-pressure injection systems for internal combustion engines, especially common rail injection systems, comprises a fuel-conveying pump with a spring-loaded low-pressure pump piston Download PDF

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DE10243148A1
DE10243148A1 DE2002143148 DE10243148A DE10243148A1 DE 10243148 A1 DE10243148 A1 DE 10243148A1 DE 2002143148 DE2002143148 DE 2002143148 DE 10243148 A DE10243148 A DE 10243148A DE 10243148 A1 DE10243148 A1 DE 10243148A1
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piston
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pressure
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Uwe Nigrin
Ngoc-Tam Vu
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Siemens Corp
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Abstract

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruckeinspritzsysteme mit einem Pumpengehäuse (1), in dem eine Antriebswelle (3) mit einem Exenterabschnitt (4) gelagert ist, auf dem ein Hubring (5) sitzt, der eine Hochdruckradialkolbenpumpe mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren federbelasteten Hochdruckpumpenkolben (43) bewegt und einer Kraftstoffvorförderpumpe, die von der Antriebswelle (3) angetrieben wird, wobei die Kraftstoffvorförderpumpe als Radialkolbenpumpe mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten Niederdruckpumpenkolben (26) ausgebildet ist.Radial piston pump unit for high pressure injection systems with a pump housing (1) in which a drive shaft (3) with an eccentric section (4) is mounted, on which a cam ring (5) is seated, which can move a high pressure radial piston pump with at least one in the radial direction to the drive axis (71) spring-loaded high-pressure pump piston (43) and a fuel feed pump which is driven by the drive shaft (3), the fuel feed pump being designed as a radial piston pump with at least one spring-loaded low-pressure pump piston (26) which can be moved in the radial direction to the drive axis (71).

Description

Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpeneinheit zur Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem.The invention relates to a radial piston pump unit for generating high-pressure fuel in fuel injection systems of internal combustion engines, especially in a common rail injection system.

Aus der DE 198 48 035 A1 ist eine Radialkolbenpumpe für die Kraftstoffhochdruckerzeugung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail-Einspritzsystem bereits bekannt. Die Radialkolbenpumpe weist ein Gehäuse auf, in dem eine Antriebswelle geführt ist. Die Antriebswelle besitzt einen Exzenterabschnitt, auf dem ein Hubring geführt ist. An dem Hubring stützt sich vorzugsweise mehrere, bezüglich der Antriebswelle 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.From the DE 198 48 035 A1 A radial piston pump for high-pressure fuel generation in fuel injection systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system, is already known. 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.

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.Such a radial piston pump is common a fuel feed pump upstream, which takes the fuel from the fuel tank to the high pressure pump supplies. The fuel feed pump is usually driven by an electric motor or via the camshaft. With the camshaft drive, the pre-feed pump can be mounted directly on the camshaft sit or over to be driven by a belt. Due to the limited space in the engine compartment it is necessary to use the high pressure fuel pump as well the pre-feed pump preferably compact to build.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruckeinspritzsysteme bereitzustellen, die ein kompakte Bauweise aufweist.The object of the invention is a radial piston pump unit for To provide high pressure injection systems that are compact in design having.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The task is solved by the characteristics of the independent Claim. Advantageous embodiments of the invention are shown in the subclaims characterized.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Radialkolbenpumpeneinheit eine Kraftstoffvorförderpumpe aufweist, die als Radialkolbenpumpe, mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse bewegbaren, federbelasteten Pumpenkolben, aufweist. Der Vorteil dieser Anordnung ist eine äußerst kompakte Bauform der Radialkolbenpumpeneinheit, da die bei den bisherigen Lösungen notwendige Steuerscheibe, die dazu dient den Kraftstoff gleichmäßig auf die am Umfang verteilten Saugventile zu verteilen entfällt. Ein weiterer Vorteil, der sich aus der kompakten Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoffvorförderpumpe ergibt, ist der, dass die Leitung von der Kraftstoffvorförderpumpe zum Saugventil der Hochdruckpumpe auf ein Minimum reduziert werden kann.The invention is characterized by this from that the radial piston pump unit is a fuel feed pump has as a radial piston pump, with at least one in the radial Spring-loaded pump piston movable in the direction of the drive axis, having. The advantage of this arrangement is an extremely compact design Radial piston pump unit, as the one necessary with the previous solutions Control disc that serves the fuel evenly There is no need to distribute the suction valves distributed around the circumference. On Another advantage resulting from the compact arrangement of the high pressure pump and fuel feed pump is that the line from the fuel feed pump to Suction valve of the high pressure pump can be reduced to a minimum.

Durch die Radialkolbenbauweise der Kraftstoffvorförderpumpe ergibt sich ein besonders günstiges Laufverhalten und ein besonders guter Startlauf, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen. Im Gegensatz zu Flügelzellenpumpen, die erst bei hohen Drehzahlen eine gute Abdichtung zwischen den Flügeln und dem Pumpengehäuse gewährleisten, zeichnet sich die Kolbenpumpe durch geringe Leckageverluste bereits bei niedrigen Drehzahlen aus.Due to the radial piston design of the fuel feed pump the result is a particularly favorable one Running behavior and a particularly good start, especially at low speeds. In contrast to vane pumps, which are only available at high speeds a good seal between the wings and the pump housing guarantee, the piston pump is already characterized by low leakage losses at low speeds.

Zusätzlich ist durch die Radialbauweise der Vorförderpumpe eine kostengünstige Herstellung möglich, da die Einzelteile der Pumpe im Wesentlichen aus Drehteilen bestehen.In addition, due to the radial design the pre-feed pump an inexpensive Production possible, since the individual parts of the pump essentially consist of turned parts.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Achsen der Pumpenkolben der Hochdruckradialkolbenpumpe und der Kraftstoffvorförderpumpe, in einer gemeinsamen Radialebene zur Antriebsachse angeordnet sind. Hierdurch lässt sich die Axiallänge der Pumpe weiter reduzieren. Ein weiterer Vorteil der sich durch die Anordnung von Hochdruckpumpe und Kraftstoffvorförderpumpe auf einer gemeinsamen Radialebene ergibt ist der, dass die Kraftstoffvorförderpumpe von einem gemeinsamen Exzenterring angetrieben werden kann, wodurch sich der Konstruktions- und Fertigungsaufwand der Pumpe verringert.A preferred embodiment of the The invention provides that the axes of the pump pistons of the high-pressure radial piston pump and the fuel feed pump, are arranged in a common radial plane to the drive axis. This allows the axial length reduce the pump further. Another advantage of getting through the arrangement of the high pressure pump and fuel feed pump on a common radial plane is that of the fuel feed pump can be driven by a common eccentric ring, whereby the design and manufacturing costs of the pump are reduced.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained below using the schematic drawings. It demonstrate:

1 einen Längsschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit, 1 a longitudinal section through the radial piston pump unit,

2 einen Querschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit 2 a cross section through the radial piston pump unit

3 eine Detailansicht mit dem Kraftstoffzulauf 3 a detailed view with the fuel inlet

4 eine Detailansicht des Volumenstromregelventils, 4 a detailed view of the volume flow control valve,

5 eine weitere Detailansicht des Volumenstromregelventils. 5 another detailed view of the volume flow control valve.

1 zeigt einen Schnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit. Der Schnitt liegt senkrecht zur Antriebsachse 71 der Radialkolbenpumpeneinheit. 1 shows a section through the radial piston pump unit. The cut is perpendicular to the drive axis 71 the radial piston pump unit.

Die Radialkolbenpumpeneinheit besteht aus einem Pumpengehäuse 1, das als Topfgehäuse ausgebildet ist. Die offene Topfseite des Pumpengehäuses 1 wird durch einen angeflanschten Topfdeckel 2 verschlossen. Die Antriebswelle 3 ist über ein erstes Wellenlager 7 im Pumpengehäuse 1 und über ein zweites Wellenlager 8 im Topfdeckel 2 gelagert. Die Antriebswelle 3 weist einen Exzenterabschnitt 4 auf. Auf dem Exzenterabschnitt 4 ist ein Hubring 5 angeordnet. Auf dem Hubring 5 stützen sich sowohl die Niederdruckpumpenkolben 26 der Vorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpenkolben 43 der Hochdruckpumpe ab. Sowohl die Kraftstoffvorförderpumpe als auch die Hochdruckpumpe sind als Radialkolbenpumpe ausgebildet. Die Achsen der Hochdruckpumpenkolben 43 und der Niederdruckpumpenkolben 26 sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Radialebene 70 zur An triebsachse 71 angeordnet. Hierdurch ist eine sehr kompakte Bauweise der Radialkolbenpumpeneinheit möglich.The radial piston pump unit consists of a pump housing 1 , which is designed as a pot housing. The open pot side of the pump housing 1 is by a flanged pot lid 2 locked. The drive shaft 3 is about a first shaft bearing 7 in the pump housing 1 and a second shaft bearing 8th in the pot lid 2 stored. The drive shaft 3 has an eccentric section 4 on. On the eccentric section 4 is a cam ring 5 arranged. On the cam ring 5 support both the Low-pressure piston pumps 26 the pre-feed pump as well as the high pressure pump pistons 43 the high pressure pump. Both the fuel feed pump and the high pressure pump are designed as radial piston pumps. The axes of the high pressure pump pistons 43 and the low pressure pump piston 26 are preferably in a common radial plane 70 to the drive axle 71 arranged. This enables a very compact design of the radial piston pump unit.

2 zeigt einen Radialschnitt durch die Radialkolbenpumpeneinheit. Der Schnitt wurde derart gewählt, dass die Achsen der Hochdruckpumpenkolben 43 und der Niederdruckpumpenkolben 26 innerhalb der Schnittebene liegen. Auf dem Hubring 5 stützen sich vorzugsweise 3 in radialer Richtung zur Antriebsachse 71 bewegbare, federbelastete Hochdruckpumpenkolben 43 ab. Die Hochdruckpumpenkolben 43 sind dabei vorzugsweise um einen Winkel von 120 Grad gegeneinander versetzt. Im Zwischenraum zwischen den Hochdruckpumpenkolben 43 sind vorzugsweise zwei in radialer Richtung zur Antriebsachse 71 bewegbare, federbelastete Niederdruckpumpenkolben 26 angeordnet. Es ist allerdings auch eine Anordnung mit nur einem einzelnen oder mehreren Niederdruckpumpenkolben 26 möglich. 2 shows a radial section through the radial piston pump unit. The cut was chosen such that the axes of the high pressure pump pistons 43 and the low pressure pump piston 26 lie within the cutting plane. On the cam ring 5 preferably support 3 in the radial direction to the drive axis 71 Movable, spring-loaded high pressure pump pistons 43 from. The high pressure pump pistons 43 are preferably offset from one another by an angle of 120 degrees. In the space between the high pressure pump pistons 43 are preferably two in the radial direction to the drive axis 71 Movable, spring-loaded low pressure pump pistons 26 arranged. However, it is also an arrangement with only a single or several low pressure pump pistons 26 possible.

Bei jeder vollen Umdrehung der Antriebswelle 3 führen die Pumpenkolben der Hochdruckpumpe sowie die Pumpenkolben der Vorförderpumpe jeweils einen vollen Kolbenhub durch. Der Kolbenhub von Hochdruckpumpenkolben 43 und Niederdruckpumpenkolben 26 ist aufgrund des gemeinsamen Hubrings 5 identisch.Every full revolution of the drive shaft 3 the pump pistons of the high pressure pump and the pump pistons of the pre-feed pump each perform a full piston stroke. The piston stroke of high pressure pump pistons 43 and low pressure pump pistons 26 is due to the common cam ring 5 identical.

Vorzugsweise weist die Kraftstoffvorförderpumpe einen modularen Aufbau auf. Durch den modularen Aufbau lässt sich eine besonders kostengünstige Radialkolbenpumpeneinheit realisieren. Das Pumpengehäuse 1 wird hierzu derart gestaltet, dass je nach Bedarf, ein bzw. mehrere Vorförderpumpenmodule 60 in das Pumpengehäuse 1 eingesetzt werden können. Die Vorförderpumpenmodule 60 sind vorzugsweise als Patroneneinheiten ausgeführt und können vorzugsweise durch einschrauben bzw. einpressen in das Pumpengehäuse 1 eingesetzt werden.The fuel feed pump preferably has a modular structure. The modular design enables a particularly cost-effective radial piston pump unit to be implemented. The pump housing 1 is designed in such a way that, depending on requirements, one or more pre-feed pump modules 60 into the pump housing 1 can be used. The pre-feed pump modules 60 are preferably designed as cartridge units and can preferably be screwed or pressed into the pump housing 1 be used.

Anhand der 1 bis 5 wird nachfolgend die Funktionsweise der Radialkolbenpumpeneinheit erklärt. Die Detailschnitte 3 bis 5 liegen jeweils senkrecht zur Antriebsachse 3, sind jedoch in einem Winkel zueinander verschoben. Dies ist not wendig, da die einzelnen Bauteile der Radialkolbenpumpeneinheit auf dem Umfang verteilt sind und nur so alle Bauteile dargestellt werden können.Based on 1 to 5 the operation of the radial piston pump unit is explained below. The detail cuts 3 to 5 are each perpendicular to the drive axis 3 , but are shifted at an angle to each other. This is not necessary, since the individual components of the radial piston pump unit are distributed over the circumference and only in this way can all components be displayed.

Der Kraftstoff tritt zunächst über den Kraftstoffzulauf 20 in die Radialkolbenpumpeneinheit ein und strömt von dort in eine erste Ringnut 21. Von der ersten Ringnut 21 strömt der Kraftstoff über eine erste Leitung 22 zum Niederdruckzylinder 24 der Kraftstoffvorförderpumpe. Der Niederdruckzylinder 24 weist einen Einlassschlitz 23 auf. Befindet sich der Pumpenkolben 26 der Vorförderpumpe im Saughub, so gibt er von einer bestimmten Kolbenstellung an, den Einlassschlitz 23 im Pumpenzylinder 24 frei und Kraftstoff kann von der ersten Leitung 22 in den Pumpenzylinder 24 einströmen. Während des Kompressionshubs verschließt der Pumpenkolben 26 den Einlassschlitz 23 wieder und nachfolgend wird der Kraftstoff verdichtet. Überschreitet der Kraftstoffdruck dem Öffnungsdruck des Druckventils 27 so öffnet dieses und der Kraftstoff kann über die zweite Leitung 30 in eine zweite Ringnut 32 strömen. Von der zweiten Ringnut 32 strömt der Kraftstoff zu einem Volumenstromregelventil 34 (3). Der Kraftstoff durchströmt das Volumenstromregelventil 34 und strömt weiter zu einer dritten Ringnut 40 (4). Von der dritten Ringnut 40 wird der Kraftstoff auf die einzelnen Saugventile 41 der Radialkolbenhochdruckpumpe verteilt.The fuel initially flows through the fuel inlet 20 into the radial piston pump unit and flows from there into a first annular groove 21 , From the first ring groove 21 the fuel flows through a first line 22 to the low pressure cylinder 24 the fuel feed pump. The low pressure cylinder 24 has an inlet slot 23 on. The pump piston is located 26 of the pre-feed pump in the suction stroke, it indicates the inlet slot from a certain piston position 23 in the pump cylinder 24 free and fuel can be from the first line 22 in the pump cylinder 24 flow. The pump piston closes during the compression stroke 26 the inlet slot 23 again and subsequently the fuel is compressed. If the fuel pressure exceeds the opening pressure of the pressure valve 27 so this opens and the fuel can go through the second line 30 in a second ring groove 32 stream. From the second ring groove 32 the fuel flows to a volume flow control valve 34 ( 3 ). The fuel flows through the volume flow control valve 34 and continues to flow to a third ring groove 40 ( 4 ). From the third ring groove 40 the fuel is on the individual suction valves 41 the radial piston high pressure pump.

Während des Saughubs des Hochdruckpumpenkolbens 43 öffnet das Saugventil 41 und Kraftstoff kann in den Hochdruck-Zylinder 42 einströmen. Während des Kompressionshubes des Hochdruckpumpenkolbens 43 wird der Kraftstoff im Hochdruckzylinder 42 komprimiert. Hierbei sind sowohl das Saugventil 41 als auch das Druckventil 44 geschlossen. Am Ende des Kompressionshubes des Hochdruckpumpenkolbens 43 öffnet das Hochdruckventil 44 und der Kraftstoff strömt in die Hochdruckkanal 45 und über eine nicht dargestellte Hochdruckleitung zu einem ebenfalls nicht dargestellten Kraftstoffverteiler (Rail). Übersteigt der Druck im Hochdruckkanal 45 einen vorgegebenen Druck, so öffnet das Druckregelventil 50. Leckageverluste innerhalb der Pumpe werden über eine Leckagerückführung 51 abgeführt.During the suction stroke of the high pressure pump piston 43 opens the suction valve 41 and fuel can get into the high pressure cylinder 42 flow. During the compression stroke of the high pressure pump piston 43 the fuel in the high pressure cylinder 42 compressed. Here are both the suction valve 41 as well as the pressure valve 44 closed. At the end of the compression stroke of the high pressure pump piston 43 opens the high pressure valve 44 and the fuel flows into the high pressure channel 45 and via a high-pressure line (not shown) to a fuel rail (also not shown). If the pressure in the high pressure duct exceeds 45 a predetermined pressure, the pressure control valve opens 50 , Leakage losses within the pump are via a leakage recirculation 51 dissipated.

Claims (5)

Radialkolbenpumpeneinheit für Hochdruck-Einspritzsysteme mit – einem Pumpengehäuse (1), in dem – eine Antriebswelle (3) mit einem Exenterabschnitt (4) gelagert ist, auf dem – ein Hubring (5) sitz, der – eine Hochdruckradialkolbenpumpe mit mindestens einen in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten - Hochdruckpumpenkolben (43) bewegt dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe, die von der Antriebswelle (3) angetrieben wird, als Radialkolbenpumpe, mit mindestens einem in radialer Richtung zur Antriebsachse (71) bewegbaren, federbelasteten Niederdruckpumpenkolben (26), ausgebildet ist.Radial piston pump unit for high pressure injection systems with - one pump housing ( 1 ), in which - a drive shaft ( 3 ) with an eccentric section ( 4 ) is mounted on which - a cam ring ( 5 ) seat that - a high-pressure radial piston pump with at least one in the radial direction to the drive axis ( 71 ) movable, spring-loaded - high pressure pump piston ( 43 ) characterized in that the fuel feed pump, which is driven by the drive shaft ( 3 ) is driven as a radial piston pump with at least one in the radial direction of the drive axis ( 71 ) movable, spring-loaded low pressure pump piston ( 26 ), is trained. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Hochdruckpumpenkolben (43) und der Niederdruckpumpenkolben (26) in einer gemeinsamen Radialebene (70) zur Antriebsachse (71) angeordnet sind.Radial piston pump unit according to claim 1, characterized in that the axes of the high pressure pump pistons ( 43 ) and the low pressure pump piston ( 26 ) in a common radial plane ( 70 ) to the drive axle ( 71 ) are arranged. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpenkolben (43), innerhalb der Radialebene (70), in einem äquidistanten Winkel zueinander angeordnet sind.Radial piston pump unit according to claim 2, characterized in that the high pressure pump piston ( 43 ), within the radial plane ( 70 ) are arranged at an equidistant angle to each other. Radialkolbenpumpeneinheit nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoff-Vorförderpumpe einen modularen Aufbau aufweist.Radial piston pump unit according to one of the previous ones Expectations characterized in that the fuel feed pump has a modular structure having. Radialkolbenpumpeneinheit nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Kraftstoff-Vorförderpumpenmodule (60) in das Pumpengehäuse (1) eingeschraubt oder eingesteckt werden.Radial piston pump unit according to claim 4, characterized in that the individual fuel feed pump modules ( 60 ) in the pump housing ( 1 ) can be screwed in or inserted.
DE2002143148 2002-09-17 2002-09-17 Radial piston pump unit used in high-pressure injection systems for internal combustion engines, especially common rail injection systems, comprises a fuel-conveying pump with a spring-loaded low-pressure pump piston Withdrawn DE10243148A1 (en)

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