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EP1506349A1 - Radialkolbenpumpe für kraftstoffeinspritzsystem mit verbesserter hochdruckfestigkeit - Google Patents

Radialkolbenpumpe für kraftstoffeinspritzsystem mit verbesserter hochdruckfestigkeit

Info

Publication number
EP1506349A1
EP1506349A1 EP03749849A EP03749849A EP1506349A1 EP 1506349 A1 EP1506349 A1 EP 1506349A1 EP 03749849 A EP03749849 A EP 03749849A EP 03749849 A EP03749849 A EP 03749849A EP 1506349 A1 EP1506349 A1 EP 1506349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radial piston
pressure
piston pump
pump according
check valve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP03749849A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1506349B1 (de
Inventor
Paul Wuetherich
Josef Guentert
Karl-Heinz Linek
Florian Kleer
Gert Loesch
Peter Grabert
Nicola Cimaglia
Antonio Diaferia
Rosanna Iorizzo
Sandra Ranaldo
Giuseppe Palma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to EP20070109457 priority Critical patent/EP1818539B1/de
Publication of EP1506349A1 publication Critical patent/EP1506349A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1506349B1 publication Critical patent/EP1506349B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M59/02—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type
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    • F02M59/06—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by special arrangement of cylinders with respect to piston-driving shaft, e.g. arranged parallel to that shaft or swash-plate type pumps with cylinders arranged radially to driving shaft, e.g. in V or star arrangement
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    • F02M59/10—Pumps specially adapted for fuel-injection and not provided for in groups F02M39/00 -F02M57/00, e.g. rotary cylinder-block type of pumps of reciprocating-piston or reciprocating-cylinder type characterised by the piston-drive
    • F02M59/102—Mechanical drive, e.g. tappets or cams
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    • F02M59/48—Assembling; Disassembling; Replacing
    • F02M59/485—Means for fixing delivery valve casing and barrel to each other or to pump casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
    • F04B1/04—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders in star- or fan-arrangement
    • F04B1/0404—Details or component parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00—Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/22—Reinforcements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/7722—Line condition change responsive valves
    • Y10T137/7837—Direct response valves [i.e., check valve type]
    • Y10T137/7904—Reciprocating valves
    • Y10T137/7922—Spring biased
    • Y10T137/7927—Ball valves

Definitions

  • the invention relates to a radial piston pump for supplying high-pressure fuel in fuel systems of internal combustion engines, in particular in a common rail injection system, with preferably a plurality of pump elements arranged radially with respect to a drive shaft mounted in a pump housing, the pump elements being actuated by the drive shaft and one suction side and one high pressure side each have, and with high pressure channels in the pump housing, each connecting the high pressure side of a pump element with a high pressure connection in the pump housing.
  • Such a radial piston pump is known for example from DE 197 29 788.9 AI.
  • This series-produced radial piston pump reaches operating pressures of up to 1300 bar on the high pressure side. This results in considerable mechanical stresses in the pump housing.
  • the invention has for its object to develop a radial piston pump so that it can be used for pressures up to 2000 bar.
  • a radial piston pump for supplying high-pressure fuel in fuel injection systems of internal combustion engines, preferably with a plurality of pump elements arranged radially with respect to a drive shaft mounted in a pump housing, the pump elements being actuated by the drive shaft and each having a suction side and a high-pressure side and with high-pressure channels in Pump housing, which each connect the high-pressure side of a pump element with a high-pressure connection in the pump housing, solved by the fact that the high-pressure ducts have as few branches as possible and that the angle at which a high-pressure duct branches off from another high-pressure duct is as close as possible to 90 °.
  • the radial piston pump according to the invention can be operated at higher pressures, at the same time reducing the material stress.
  • the surfaces of the high-pressure ducts are compressed and provided with residual compressive stresses, in particular by pulling or pressing a ball through the high-pressure ducts, the diameter of which is slightly larger than the diameter of the high-pressure ducts. This measure further increases the pressure resistance of the pump housing in the area of the high pressure channels.
  • the high pressure channels are hardened, in particular induction hardened.
  • the high-pressure channels are rounded, in particular hydroerosively rounded, in the area of cross-sectional changes and / or junctions of other high-pressure channels.
  • a particularly advantageous embodiment of the The radial piston pump according to the invention provides that the high-pressure channels are reinforced by a respective tubular insert, in particular an insert made of a high-strength material, high-strength steel having proven particularly suitable.
  • the tubular inserts according to the invention are inserted into the mold like a core before casting. When casting, the pump housing and tubular inserts combine very well. Because the high-pressure ducts consist of a different, particularly preferably a firmer material than the rest of the pump housing because of the tubular inserts, the component strength is adapted to the local stresses and stresses.
  • the tubular inserts according to the invention is that, in contrast to conventional bores, the high-pressure ducts can be curved or partially curved. It is also possible that the high-pressure side of a pump element is connected directly to the high-pressure connection in the pump housing, so that no branches of the high-pressure channels are required. This has a favorable effect on the maximum voltages occurring in the pump housing, on the manufacturing costs and in particular on the manufacturing reliability.
  • each pump element has a cylinder bore and a cylinder head, that the piston oscillates in the cylinder bore and delimits a delivery chamber, that a first check valve is arranged on the suction side, and that a second check valve is arranged on the high pressure side. It has proven to be advantageous if the cylinder bore is designed as a blind hole and the first check valve is arranged at the bottom of the blind hole. By designing the cylinder bore as a blind hole, a sealing point is saved.
  • the second check valve has a sleeve with a stepped central bore, that the stepped central bore has a sealing seat for a valve member, in particular a ball, particularly preferably a ceramic ball, and that the sleeve of a locking screw seals against the cylinder head is pressed.
  • This second check valve has the advantage that it has a very simple design and can be checked outside the radial piston pump. In the radial piston pump or the pump element, only one sealing surface is provided, which seals the screwed-in second check valve on the end face. Such a sealing surface can be easily mastered in terms of production technology, so that the sealing of the high-pressure side of the pump element to the environment at this point is simplified by the use of the second check valve according to the invention.
  • Sealing the high-pressure side from the surroundings is particularly effective if the sleeve has a biting edge on its end face used for the screw plug, so that the surface pressure is increased and plastic deformation of the sealing surfaces is also possible, which the sealing function further improved.
  • the sleeve has a transverse bore and an annular groove and that the transverse bore and annular groove establish a hydraulic connection of the center bore to the delivery chamber.
  • a sealing seat on the side of the cylinder head facing the pump housing is incorporated therein, the check valve having a cage in which a closing spring acting on the valve member, in particular a ball, is arranged.
  • the return flow of fuel is reduced by the closing spring, which has an advantageous effect on the pump efficiency.
  • Figure la is a front view of a first
  • Figure 1b shows a longitudinal section through the embodiment of Figure la
  • Figure 2a shows a cross section through the first
  • FIG. 2b shows an alternative embodiment to FIG. 2a
  • Figure 3 is a 3D representation of another
  • FIG. 4 shows another exemplary embodiment of a cylinder head according to the invention
  • FIG. 1 is an exemplary embodiment of a radial piston pump according to the invention in a view from the front ( Figure 1A), in longitudinal section ( Figure 1B) and a cross section along the section line A-A.
  • the radial piston pump consists of a pump housing 1, in which a drive shaft 3 is rotatably mounted.
  • the pump housing 1 can advantageously be made from gray cast iron with globular graphite (GGG).
  • GGG gray cast iron with globular graphite
  • the drive shaft 3 has an eccentric section 5.
  • the eccentric section 5 drives three pump elements 9 distributed over the circumference via a polygon ring 7.
  • Each pump element 9 has a piston 11 which is guided in a cylinder bore 13 and delimits a delivery space 15.
  • the individual components are not provided with reference numerals on all pump elements 9 to indicate the
  • a suction side 19 and a high-pressure side 21 are present in a cylinder head 17 of the pump elements 9.
  • the suction side 19 of the cylinder head 17 is filled with fuel via a low-pressure bore 23 in the pump housing provided.
  • a first check valve 25 is arranged on the suction side 19, which prevents the backflow of fuel (not shown) from the delivery space 15 into the low-pressure bore 23.
  • the high-pressure side 21 of the pump element 9 flows into a high-pressure channel 27 in the pump housing 1.
  • a second check valve 29 is provided on the high-pressure side 21 of the pump element, which prevents the back-flow of fuel under high pressure from the high-pressure channel 27 into the delivery space 15.
  • the pump elements 9 are screwed to the pump housing 1 by means of screws, not shown, and are pressed by the screw connection onto a cylinder foot surface 31 of the pump housing 1.
  • a high-pressure channel 27 extends from each pump element 9 in the pump housing 1 and ends in a high-pressure connection which is not visible in FIGS. 1 a to 1 c. The course of the high-pressure channels is explained below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • a second high-pressure duct 27 is shown in FIG. 1b in the lower half. Since this high-pressure duct runs essentially perpendicular to the plane of the drawing, it is shown in FIG. 1b as a circular surface.
  • FIG. 2 shows a cross section through a pump housing 1 along the section line BB.
  • the course of the high-pressure ducts 27 according to a first exemplary embodiment of the invention can be clearly seen from this illustration.
  • the arrangement of the high-pressure ducts 27a, 27b and 27c according to the invention made it possible to drastically reduce the stresses occurring in the pump housing at the same pressures, so that the permissible operating pressures could be raised to over 1800 bar with the same component strength. Even with these operating pressures, which are higher than the operating pressures mentioned at the beginning (maximum 1300 bar), the mechanical stress on the pump housing is lower than with the radial piston pumps according to the prior art.
  • three high-pressure channels 27a, 27b, 27c are sufficient to establish a hydraulic connection from the three cylinder base surfaces 31 to a high-pressure connection 33. It branches the high pressure channel 27b at an angle ⁇ of almost 90 ° from the high pressure channel 27a. The angle should be as close as possible to 90 ° in order to minimize the stresses occurring in the first branch 35 during operation.
  • the high-pressure duct 27a intersects the high-pressure duct 27c at an angle ⁇ and forms a second branch 37.
  • the angle ⁇ should also be 90 ° if possible. However, due to the structural conditions in the pump housing 1, this is not always possible.
  • FIG. 2b shows an exemplary embodiment of a pump housing 1 in which the high-pressure channels 27a to 27c have been reinforced with tubular inserts.
  • the tubular inserts 39 are connected to one another. They are advantageously connected to one another by welding or soldering.
  • the strength of the pump housing 1 can be increased further by means of these tubular inserts 31a to 39c.
  • the tubular inserts 39a to 39c are placed in the mold prior to casting the pump housing. During the subsequent pouring of the pump house the tubular inserts 39 connect intimately to the pump housing 1, so that the power transmission between the tubular insert 31 and the pump housing 1 is optimal.
  • FIG 3 another embodiment of a pump housing according to the invention is shown three-dimensionally. It is clear that in this exemplary embodiment the high-pressure channels 27a, 27b and 27c are curved and direct, i.e. without branches, lead from a cylinder foot surface 31 to the high-pressure connection 33. In this embodiment, the loads on the pump housing 1 resulting from the operating pressures are further reduced since there are no branches. In terms of manufacturing technology, this embodiment variant can be realized by curved tubular inserts 39a, 39b and 39c.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a radial piston pump according to the invention, in which the cylinder bore 13 in the pump element 9 is listed as a blind bore.
  • a sealing seat 41 for the first check valve 25 is provided at the bottom of the blind hole.
  • the first check valve 25 can be constructed in the same way as the second check valve 29 described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the piston 11 is also driven via a polygon ring and a piston foot plate 43.
  • the invention is not limited to radial piston pumps with such drives of the pump elements 9. Rather, alternative drives, for example by means of cam disks or the like, can also be used.
  • the piston feet can also include tappets, which are guided in the pump housing 1 (not shown).
  • FIG. 5a A cylinder head 17 of a further exemplary embodiment of a radial piston pump according to the invention is shown in cross section in FIG. 5a.
  • the first check valve 25 corresponds to the first check valve 25 shown in FIG. 1.
  • the second check valve 29 consists of a sleeve 45.
  • a sealing seat 49 for a ball 51 in particular a ceramic ball, is worked out in the stepped center bore 47.
  • the ball 51 is pressed onto the sealing seat 49 by a closing spring 53, which is supported against a locking screw 55.
  • a closing spring 53 By using a closing spring 53, the efficiency of the radial piston pump according to the invention can be increased by several percentage points, since the backflow of fuel from the high-pressure channel 27, not shown in FIG. 5b, into the delivery space 15, also not shown, is suppressed.
  • the sleeve 45 is pressed onto a shoulder 57 of the locking screw 55, so that the second check valve 29 according to the invention can be preassembled and checked together with the locking screw 55.
  • the sleeve 45 On its end face 59 facing away from the screw plug 55, the sleeve 45 has a circumferential biting edge 61, which serves to seal the second check valve 29 against the cylinder head 17.
  • a transverse bore 63 and an annular groove 64 in the sleeve 45 allow fuel to flow out into a bore 65 in the cylinder head 17 when the second check valve is open.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a radial piston pump according to the invention.
  • the second check valve 29 is arranged on the side 67 of the cylinder head 17 facing the housing 1.
  • the sealing seat 49 is incorporated in the cylinder head 17.
  • a cylindrical bore 68 connects to the sealing seat 49.
  • a cage 69 is pressed into the bore 68 and receives a closing spring 53 which presses the ball 51 against the sealing seat 49.
  • This second check valve 29 according to the invention is very simple to manufacture and assemble. It can also be used as a first check valve 25, for example in an embodiment according to FIG. 4. In this case, it is particularly advantageous during production that the sealing seat 41 of the first check valve 25 and the sealing seat 49 of the second check valve are arranged parallel to one another, which facilitates their processing in a clamping of the cylinder head.
  • FIGS. 7a and 7b show the cage 69 with the closing spring 53 inserted in a longitudinal section and a view from above without the closing spring 53.

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Abstract

Es wird eine Radialkolbenpumpe mit einem Pumpengehäuse (1) und darin eingesetzten Pumpenelementen (9) beschrieben, deren im Pumpengehäuse (1) verlaufenden Hochdruckkanäle so gestaltet sind, dass die zulässigen Betriebsdrücke signifikant gesteigert werden.

Description

Radial olbenpumpe für Kraftstoffeinspritzsystem mit verbesserter Hochdruckfestigkeit
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei KraftstoffSystemen von Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common-Rail- Einspritzsystem, mit vorzugsweise mehreren bezüglich einer in einem Pumpengehäuse gelagerten Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelementen, wobei die Pumpenelemente von der Antriebswelle betätigt werden und je eine Saugseite und eine Hochdruckseite aufweisen, und mit Hochdruckkanälen im Pumpengehäuse, welche jeweils die Hochdruckseite eines Pumpenelements mit einem Hochdruckanschluss im Pumpengehäuse verbinden.
Ein solche Radialkolbenpumpe ist beispielsweise aus der DE 197 29 788.9 AI bekannt. Diese in Serie gefertigte Radialkolbenpumpe erreicht hochdruckseitig Betriebsdrücke von bis zu 1300 bar. Daraus resultieren erhebliche mechanische Spannungen im Pumpengehäuse.
Um das Emissionsverhalten von Brennkraftmaschinen weiter zu verbessern und den Wirkungsgrad weiter zu erhöhen, ist es notwendig, höhere Einspritzdrücke als die genannten 1300 bar vorzusehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Radialkolbenpumpe so weiter zu entwickeln, dass sie für Drucke bis zu 2000 bar einsetzbar ist.
1. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst bei einer Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen mit vorzugsweise mehreren bezüglich einer in einem Pumpengehause gelagerten Antriebswelle radial angeordneten Pumpenelementen, wobei die Pumpenelemente von der Antriebswelle betätigt werden und je eine Saugseite und eine Hochdruckseite aufweisen und mit Hochdruckkanälen im Pumpengehause, welche jeweils die Hochdruckseite eines Pumpenelements mit einem Hochdruckanschluss im Pumpengehause verbinden, dadurch gelöst, dass die Hochdruckkanäle möglichst wenige Abzweigungen aufweisen, und dass der Winkel unter der ggf. ein Hochdruckkanal von einem anderen Hochdruckkanal abzweigt möglichst nahe an 90° liegt. Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Führung der Hochdruckkanäle im Pumpengehäuse ist es möglich, trotz gesteigerter Pumpendrücke eine Reduktion der an den kritischen Stellen des Pumpengehäuses auftretenden Maximalspannungen zu erzielen. Dadurch kann die erfindungsgemäße Radial kolbenpumpe bei höheren Drücken betrieben werden, wobei gleichzeitig die Materialbeanspruchung zurückgeht.
Die auftretenden Maximalspannungen wurden durch FEM- Berechnungen ermittelt. Bei Versuchen mit Prototypen hat sich die verbesserte Druckfestigkeit des Pumpengehäuses aufgrund der erfindungsgemäßen Verlegung der Hochdruckkanäle nachweisen lassen.
In Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Oberflächen der Hochdruckkanäle verdichtet und mit Druckeigenspannungen versehen werden, insbesondere dadurch, dass durch die Hochdruckkanäle eine Kugel hindurchgezogen oder gepresst wird, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser der Hochdruckkanäle ist. Diese Maßnahme erhöht die Druckfestigkeit des Pumpengehäuses im Bereich der Hochdruckkanäle weiter.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass die Hochdruckkanäle gehärtet, insbesondere induktionsgehärtet, sind. Zur weiteren Minimierung der unter Druckbeanspruchung auftretenden Maximalspannungen des Pumpengehäuses ist vorgesehen, dass die Hochdruckkanäle im Bereich von Querschnittsänderungen und/oder Einmündungen von anderen Hochdruckkanälen verrundet, insbesondere hydroerosiv verrundet sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemaßen Radialkolbenpumpe sieht vor, dass die Hochdruckkanäle durch je einen rohrförmigen Einsatz, insbesondere einem Einsatz aus einem hochfesten Werkstoff, wobei sich hochfester Stahl als besonders geeignet erwiesen hat, verstärkt sind. Die erfindungsgemaßen rohrförmigen Einsätze werden vor dem Gießen wie ein Kern in die Gussform eingelegt. Beim Gießen verbinden sich Pumpengehause und rohrformige Einsätze sehr gut miteinander. Dadurch dass wegen der rohrförmigen Einsätze die Hochdruckkanale aus einem anderen, besonders bevorzugt einem festeren Werkstoff bestehen, als das übrige Pumpengehäuse, findet eine Anpassung der Bauteilfestigkeit an die lokalen Beanspruchungen und Spannungen statt. Somit ist einerseits gewahrleistet, dass im Bereich der Hochdruckkanale, wo die höchsten Spannungen des Betriebs auftreten, ein hochfester Werkstoff zum Einsatz kommt, der die auftretenden Spannungen sicher aufnehmen kann und andererseits das übrige Pumpengehause aus einem vergleichsweise kostengünstigen Werkstoff hergestellt werden kann, der noch dazu gut bearbeitbar ist und gute Gleiteigenschaften aufweist .
Ein weiterer Vorteil der rohrförmigen er indungsgemaßen Einsätze ist, dass, im Gegensatz zu konventionellen Bohrungen, die Hochdruckkanale gekrümmt oder teilweise gekrümmt ausgeführt werden können. Auch ist es möglich, dass durch jeweils einen Einsatz die Hochdruckseite eines Pumpenelements direkt mit dem Hochdruckanschluss im Pumpengehause verbunden wird, so dass keine Verzweigungen der Hochdruckkanale erforderlich sind. Dies wirkt sich gunstig auf die im Pumpengehause auftretenden Maximalspannungen, auf die Herstellungskosten und insbesondere die Fertigungssicherheit aus.
Bei einer weiteren erfindungsgemaßen Variante einer Radialkolbenpumpe ist vorgesehen, dass jedes Pumpenelement eine Zylinderbohrung und einen Zylinderkopf aufweist, dass der Kolben in der Zylinderbohrung oszilliert und einen Förderraum begrenzt, dass auf der Saugseite ein erstes Rückschlagventil angeordnet ist, und dass auf der Hochdruckseite ein zweites Rückschlagventil angeordnet ist. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zylinderbohrung als Sackloch ausgebildet ist und das erste Rückschlagventil am Grund des Sacklochs angeordnet ist. Durch die Ausbildung der Zylinderbohrung als Sackloch wird eine Dichtstelle eingespart.
In weiterer Ergänzung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Rückschlagventil eine Hülse mit einer gestuften Mittenbohrung aufweist, dass die gestufte Mittenbohrung einen Dichtsitz für ein Ventilglied, insbesondere eine Kugel besonders bevorzugt eine Keramikkugel, aufweist, und dass die Hülse einer Verschlussschraube dichtend gegen den Zylinderkopf gepresst ist. Dieses zweite Rückschlagventil hat den Vorteil, dass es sehr einfach aufgebaut ist und außerhalb der Radialkolbenpumpe geprüft werden kann. In der Radialkolbenpumpe bzw. dem Pumpenelement ist lediglich eine Dichtfläche vorzusehen, die das eingeschraubte zweite Rückschlagventil stirnseitig abdichtet. Eine solche Dichtfläche ist fertigungstechnisch einfach zu beherrschen, so dass die Abdichtung der Hochdruckseite des Pumpenelements zur Umgebung an dieser Stelle durch die Verwendung des erfindungsgemäßen zweiten Rückschlagventils vereinfacht wird.
Die Abdichtung der Hochdruckseite gegenüber der Umgebung ist besonders wirkungsvoll, wenn die Hülse an ihrer der Verschlussschraube angewandten Stirnfläche eine Beißkante aufweist, so dass die Flächenpressung erhöht und auch eine plastische Verformung der Dichtflächen möglich wird, was die Dichtfunktion weiter verbessert.
Wenn die Hülse mit der Verschlussschraube, insbesondere im Bereich der Mittenbohrung, verpresst wird, erleichtert sich die Montage des Rückschlagventils weiter, da der Zusammenhalt eines montierten und geprüften Rückschlagsventils stets gewährleistet ist.
Um die hydraulische Verbindung zwischen dem Förderraum einerseits und dem Hochdruckanschluss im Pumpengehäuse andererseits bei geöffnetem zweiten Rückschlagventil stets zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass die Hülse eine Querbohrung und eine Ringnut aufweist und das die Querbohrung und Ringnut eine hydraulische Verbindung der Mittenbohrung zum Förderraum herstellen.
Bei einer weiteren Variante eines ersten oder zweiten Rückschlagventils ist ein Dichtsitz an der dem Pumpengehäuse zugewandten Seite des Zylinderkopfs in diesen eingearbeitet, wobei das Rückschlagventil einen Käfig aufweist in dem eine auf das Ventilglied, insbesondere eine Kugel, wirkende Schließfeder angeordnet ist. Durch die Schließfeder wird das Rückströmen von Kraftstoff verringert, was sich vorteilhaft auf den Pumpenwirkungsgrad auswirkt .
Die Montage des erfindungsgemäßen Rückschlagventils in dem Pumpenelement wird vereinfacht, wenn der Käfig in eine den Dichtsitz umfassende Stufenbohrung eingepresst wird.
Eine fertigungstechnisch vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Zylinderbohrung als Sackloch ausgebildet ist, dass das erste Rückschlagventil nach einem der Ansprüche 17 und 18 am Grund des Sacklochs angeordnet ist, so dass der Dichtsitz von erstem und zweitem Rückschlagventil in einer Aufspannung hergestellt werden kann und die Montage des ersten und zweiten Rückschlagventils in der gleichen Richtung erfolgt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung .sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen zu entnehmen.
Es zeigen:
Figur la eine Ansicht von vorne eines ersten
Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Radialkolbenpumpe
Figur 1b einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel gemäß Figur la, und
Figur lc einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel entlang der Linie A-A
Figur 2a einen Querschnitt durch das erste
Ausführungsbeispiel entlang der Linie B-B,
Figur 2b eine alternative Ausführungsform zu Fig. 2a,
Figur 3 eine 3D-Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Pumpengehäuses,
Figur 4 ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Zylinderkopfs,
Figur 5 und 6 weitere Ausfuhrungsbeispiele von erfindungsgemaßen Zylinderköpfen im Längsschnitt,
Figur 7a und B Details des Ruckschlagventils gemäß dem Ausfuhrungsbeispiel von Fig. 6.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Radialkolbenpumpe in einer Ansicht von vorne (Figur 1A) , im Längsschnitt (Figur 1B) und einem Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A dargestellt. Die Radialkolbenpumpe besteht aus einem Pumpengehause 1, in der eine Antriebswelle 3 drehbar gelagert ist. Das Pumpengehause 1 kann vorteilhafterweise aus Grauguß mit globularem Graphit (GGG) hergestellt werden. Die Antriebswelle 3 weist einen exzentrischen Abschnitt 5 auf. Der exzentrische Abschnitt 5 treibt über einen Polygonring 7 drei über den Umfang verteilte Pumpenelemente 9 an. Jedes Pumpenelement 9 weist einen Kolben 11 auf, der in einer Zylinderbohrung 13 gefuhrt ist und einen Forderraum 15 begrenzt. In der Figur lc sind nicht an allen Pumpenelementen 9 die einzelnen Bauteile mit Bezugszeichen versehen, um die
Übersichtlichkeit nicht unnötig zu verschlechtern. Die drei Pumpenelemente 9 sind jedoch alle gleich aufgebaut.
In einem Zylinderkopf 17 der Pumpenelemente 9 ist eine Saugseite 19 und eine Hochdruckseite 21 vorhanden. Die Saugseite 19 des Zylinderkopf 17 wird über eine Niederdruckbohrung 23 im Pumpengehause mit Kraftstoff versorgt. Auf der Saugseite 19 ist ein erstes Ruckschlagventil 25 angeordnet, welches das Rückströmen von Kraftstoff (nicht dargestellt) aus dem Forderraum 15 in die Niederdruckbohrung 23 verhindert.
Die Hochdruckseite 21 des Pumpenelements 9 mundet in einen Hochdruckkanal 27 im Pumpengehause 1. Auf der Hochdruckseite 21 des Pumpenelements ist ein zweites Ruckschlagventil 29 vorgesehen, welches das Ruckstromen von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus dem Hochdruckkanal 27 in den Forderraum 15 verhindert. Die Pumpenelemente 9 sind mittels nicht dargestellter Schrauben mit dem Pumpengehause 1 verschraubt und durch die Verschraubung auf eine Zylinderfußfläche 31 des Pumpengehauses 1 gepresst.
Von jedem Pumpenelement 9 geht ein Hochdruckkanal 27 im Pumpengehause 1 ab und mundet in einem Hochdruckanschluss der in den Figuren la bis lc nicht sichtbar ist. Der Verlauf der Hochdruckkanale wird nachfolgend anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. In der Figur lb ist in der unteren Hälfte ein zweiter Hochdruckanal 27 dargestellt. Da dieser Hochdruckkanal im wesentlichen senkrecht zur Zeichnungsebene verlauft, ist er in Figur lb als kreisförmige Flache dargestellt.
Der bislang beschriebene Aufbau und die Funktionsweise einer solchen Radialkolbenpumpe sind aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 197 29 788.9 AI auf die hiermit ausrucklich Bezug genommen wird, bekannt, so dass auf eine detaillierte Erläuterung der Funktionsweise im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung verzichtet wird.
In der Figur 2 ist ein Querschnitt durch ein Pumpengehause 1 entlang der Schnittlinie B-B dargestellt. Aus dieser Darstellung ist der Verlauf der Hochdruckkanäle 27 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung deutlich zu erkennen .
In Figur 2 ist lediglich das Pumpengehause 1 dargestellt. Die Pumpenelemente 9 sind in Figur 2 nicht dargestellt. Da die Hochdruckkanale 27 im Pumpengehause 1 mit dem vollen Forderdruck der Pumpenelemente beaufschlagt werden, entstehen wahrend des Betriebs der Radialkolbenpumpe erhebliche Spannungen im Pumpengehäuse 1, die im wesentlichen aus den in den Hochdruckkanälen 27a bis 27c herrschenden Drucken resultieren. In der Serienfertigung werden bislang Radialkolbenpumpen mit eingesetzten Pumpenelementen 9 bei Betriebsdrucken von bis zu 1300 bar eingesetzt. Wenn nun die Betriebsdrucke weiter erhöht werden sollen, muss die Dauerfestigkeit des Pumpengehauses vor allem im Bereich der Hochdruckkanale 27a erhalten bleiben oder sogar verbessert werden. Durch die erfindungsgemaße Anordnung der Hochdruckkanale 27a, 27b und 27c konnten die im Pumpengehäuse auftretenden Spannungen bei gleichen Drucken drastisch reduziert werden, so dass die zulassigen Betriebsdrücke bei gleicher Bauteilfestigkeit auf über 1800 bar angehoben werden konnten. Auch bei diesen im Vergleich zu den eingangs genannten Betriebsdrucke nach dem Stand der Technik (maximal 1300 bar) erhöhten Betriebsdrucken ist die mechanische Beanspruchung des Pumpengehauses geringer als bei den Radialkolbenpumpen nach dem Stand der Technik.
Dies wird erfindungsgemaß dadurch erreicht, dass die Zahl der Hochdruckkanale minimiert wird. Im vorliegenden Fall genügen drei Hochdruckkanale 27a, 27b, 27c um eine hydraulische Verbindung von den drei Zylinderfußflachen 31 zu einem Hochdruckanschluss 33 herzustellen. Dabei zweigt der Hochdruckkanal 27b unter einem Winkel α von nahezu 90° von dem Hochdruckkanal 27a ab. Der Winkel sollte möglichst nahe an 90° liegen, um die wahrend des Betriebs auftretenden Spannungen in der ersten Abzweigung 35 zu minimieren. Der Hochdruckkanal 27a schneidet unter einem Winkel ß den Hochdruckkanal 27c und bildet eine zweite Abzweigung 37. Auch der Winkel ß sollte möglichst 90° betragen. Allerdings ist dies aufgrund der baulicher Gegebenheiten im Pumpengehause 1 nicht immer möglich. Es hat sich bei FEM-Berechnungen herausgestellt, dass die erfindungsgemaße Anordnung der Hochdruckkanale 27a, 27b und 27c auch bei deutlich erhöhten Betriebsdrucken zu einer gegenüber den in Serie gefertigten Radialkolbenpumpen verringerten Maximalspannung im Pumpengehäuse 1 gefuhrt haben. Dadurch konnte erreicht werden, dass ohne Ausweichen auf einen teureren Werkstoff als der aus dem Stand der Technik bekannte Grauguss mit globularem Graphit (GGG) die zulassigen Betriebsdrucke von 1300 bar auf über 1800 bar gestiegen sind.
Eine weitere Erhöhung der Betriebsfestigkeit kann dadurch erzielt werden, dass die Hochdruckkanale 27a durch rohrformige Einsätze, insbesondere aus einem hochfesten Werkstoff, verstärkt werden. In der Figur 2b ist ein Ausfuhrungsbeispiel eines Pumpengehauses 1 dargestellt, bei dem die Hochdruckkanale 27a bis 27c mit rohrförmigen Einsatzen verstärkt wurden. Im Bereich der ersten Abzweigung 35 und der zweiten Abzweigung 37 sind die rohrförmigen Einsätze 39 miteinander verbunden. Vorteilhafter Weise sind sie durch Schweißen oder Loten miteinander verbunden. Durch diese rohrförmigen Einsätze 31a bis 39c kann die Festigkeit des Pumpengehauses 1 weiter gesteigert werden. Die rohrförmigen Einsätze 39a bis 39c werden vor dem Gießen des Pumpengehauses in die Gussform eingelegt. Beim anschließenden Gießen des Pumpengehauses verbinden sich die rohrförmigen Einsätze 39 innig mit dem Pumpengehause 1, so dass die Kraftübertragung zwischen rohrförmigen Einsatz 31 und Pumpengehause 1 optimal ist.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemaßen Pumpengehäuses dreidimensional dargestellt. Es wird deutlich, dass bei diesem Ausfuhrungsbeispiel die Hochdruckkanale 27a, 27b und 27c gekrümmt ausgeführt sind und direkt, d.h. ohne Abzweigungen, von einer Zylinderfußflache 31 zu dem Hochdruckanschluss 33 führen. Bei dieser Ausfuhrungsform werden die aus den Betriebsdrucken resultierenden Belastungen des Pumpengehauses 1 weiter reduziert, da keine Abzweigungen vorhanden sind. Fertigungstechnisch kann diese Ausfuhrungsvariante durch gekrümmte rohrformige Einsätze 39a, 39b und 39c realisiert werden.
In Figur 4 ist ein Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemaßen Radialkolbenpumpe dargestellt, bei dem die Zylinderbohrung 13 im Pumpenelement 9 als Sacklochbohrung aufgeführt ist. Am Grund der Sacklochbohrung ist ein Dichtsitz 41 für das erste Ruckschlagventil 25 vorgesehen. Das erste Ruckschlagventil 25 kann baugleich wie das anhand der Figuren 6 und 7 beschriebene zweite Ruckschlagventil 29 ausgeführt sein. Bei dem Ausfuhrungsbeispiel gemäß Figur 4 wird der Kolben 11 ebenfalls über einen Polygonring sowie eine Kolbenfußplatte 43 angetrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Radialkolbenpumpen mit solchen Antrieben der Pumpenelemente 9 beschrankt. Es können vielmehr auch alternative Antriebe, beispielsweise durch Nockenscheiben oder ahnliches zum Einsatz kommen. Die Kolbenfuße können auch Tassenstoßel umfassen, die im Pumpengehause 1 gefuhrt werden (nicht dargestellt) . In Figur 5a ist ein Zylinderkopf 17 eines weiteren erfindungsgemäßen Ausfuhrungsbeispiels einer Radialkolbenpumpe im Querschnitt dargestellt. Das erste Ruckschlagventil 25 entspricht dem in Figur 1 dargestellten ersten Ruckschlagventil 25. Das in Figur lb andeutungsweise dargestellte zweite Ruckschlagventil 29 wird nachfolgend anhand der Figur 5a und der Figur 5b, die einen vergrößerten Ausschnitt aus der Figur 5a zeigt, dargestellt und erläutert.
Das zweite Ruckschlagventil 29 besteht aus einer Hülse 45. In der gestuften Mittenbohrung 47 ist ein Dichtsitz 49 für eine Kugel 51, insbesondere eine Keramikkugel, ausgearbeitet. Die Kugel 51 wird von einer Schließfeder 53, welche sich gegen eine Verschlussschraube 55 abstutzt, auf den Dichtsitz 49 gepresst. Durch den Einsatz einer Schließfeder 53 kann der Wirkungsgrad der erfindungsgemaßen Radialkolbenpumpe um mehrere Prozentpunkte gesteigert werden, da das Ruckstromen von Kraftstoff aus dem in Figur 5b nicht dargestellten Hochdruckkanal 27 in den ebenfalls nicht dargestellten Forderraum 15 unterdruckt wird. Die Hülse 45 ist auf einen Absatz 57 der Verschlussschraube 55 aufgepresst, so dass das erfindungsgemaße zweite Ruckschlagventil 29 zusammen mit der Verschlussschraube 55 vormontiert und geprüft werden kann. Auf ihrer der Verschlussschraube 55 abgewandten Stirnflache 59 weist die Hülse 45 eine umlaufende Beißkante 61 auf, welche der Abdichtung des zweiten Ruckschlagventils 29 gegen den Zylinderkopf 17 dient. Eine Querbohrung 63 sowie eine Ringnut 64 in der Hülse 45 erlauben das Abströmen von Kraftstoff bei geöffnetem zweiten Ruckschlagventil in eine Bohrung 65 im Zylinderkopf 17.
In der Figur 6 ist ein weiteres erfmdungsgemaßes Ausfuhrungsbeispiel einer Radialkolbenpumpen dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Rückschlagventil 29 an der im Gehäuse 1 zugewandten Seite 67 des Zylinderkopfs 17 angeordnet.
Der Dichtsitz 49 ist in den Zylinderkopf 17 eingearbeitet. An dem Dichtsitz 49 schließt eine zylindrische Bohrung 68 an. In die Bohrung 68 ist ein Käfig 69 eingepresst, der eine Schließfeder 53 aufnimmt, welche die Kugel 51 gegen den Dichtsitz 49 presst. Dieses erfindungsgemäße zweite Rückschlagventil 29 ist sehr einfach in der Herstellung und Montage. Es kann auch als erstes Rückschlagventil 25, beispielsweise bei einer Ausführungsform gemäß Figur 4, eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft bei der Herstellung ist in diesem Fall, dass der Dichtsitz 41 des ersten Rückschlagventils 25 und der Dichtsitz 49 des zweiten Rückschlagventils parallel zueinander angeordnet sind, was deren Bearbeitung in einer Aufspannung des Zylinderkopfs erleichtert.
In den Figuren 7a und 7b ist der Käfig 69 mit eingesetzter Schließfeder 53 in einem Längsschnitt und einer Ansicht von oben ohne Schließfeder 53 dargestellt.
Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen genannten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Ansprüche
1. Radialkolbenpumpe zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von
Brennkraftmaschinen, insbesondere bei einem Common- Rail-Einspritzsystem, mit vorzugsweise mehreren bezüglich einer in einem Pumpengehäuse (1) gelagerten Antriebswelle (3) radial angeordneten Pumpenelementen (9), wobei die Pumpenelemente (9) von der Antriebswelle (3) betätigt werden und je eine Saugseite (19) und eine Hochdruckseite (21) aufweisen und mit Hochdruckkanälen (27) im Pumpengehäuse (1), welche jeweils die Hochdruckseite (21) eines Pumpenelements (9) mit einem Hochdruckanschluß (33) im Pumpengehäuse (1) verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkanäle (27) möglichst wenige Abzweigungen (35, 37) aufweisen, und dass der Winkel (α, ß) unter der ggf. ein Hochdruckkanal (27a, 27b, 27c) von einem anderen Hochdruckkanal (27a, 27b, 27c) abzweigt möglichst nahe an 90° liegt.
2. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Hochdruckkanäle (27a, 27b, 27c) verdichtet werden.
3. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Hochdruckkanäle (27a, 27b, 27c) je eine Kugel hindurchgezogen oder gepresst wird, deren Durchmesser geringfügig größer als der Durchmesser des Hochdruckkanals (27a, 27b, 27c) ist.
4. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkanäle (27a, 27b, 27c) gehärtet, insbesondere induktionsgehärtet, sind.
5. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkanäle (27a, 27b, 27c) im Bereich von Querschnittsänderungen und/oder Abzweigungen (35, 37) von anderen Hochdruckkanälen (27a, 27b, 27c) verrundet, insbesondere hydroerosiv verrundet sind.
6. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckkanäle (27a, b, c) durch je einen rohrförmigen Einsatz (39 a, b, c) verstärkt sind.
7. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einsätze (39 a, b, c) aus einem hochfesten Werkstoff, insbesondere aus hochfestem Stahl, bestehen.
8. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die .Einsätze (39 a, b, c) an der oder den Abzweigungen (35, 37) miteinander, insbesondere durch Löten oder Schweißen, verbunden sind .
9. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Hochdruckkanal (27 a, b, c) die Hochdruckseite (21) eines Pumpenelements (9) direkt mit dem Hochdruckanschluß (33) verbindet.
10. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hochdruckkanal (27 a, b, c) teilweise gekrümmt ausgeführt ist.
11. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Pumpenelement (9) einen Kolben (11), eine Zylinderbohrung (13). und einen Zylinderkopf (17) aufweist, dass der Kolben (11) in der Zylinderbohrung
(13) oszilliert und einen Förderraum (15) begrenzt, dass auf der Saugseite (19) ein erstes
Rückschlagventil (25) angeordnet ist, und dass auf der Hochdruckseite (21) ein zweites Rückschlagventil (29) angeordnet ist.
12. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Rückschlagventil (29) eine Hülse (45) mit einer gestuften Mittenbohrung (47) aufweist, dass die gestufte Mittenbohrung (47) einen Dichtsitz (49) für ein Ventilglied, insbesondere eine Kugel (51), aufweist, und dass die Hülse (45) von einer Verschlussschraube (55) dichtend gegen den Zylinderkopf (17) gepresst wird.
13. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (45) an ihrer der Verschlussschraube (55) abgewandten Stirnfläche (59) als Dichtfläche, insbesondere mit einer Beißkante (61), ausgeführt wird.
14. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (45) mit der Verschlussschraube (55) , insbesondere im Bereich der Mittenbohrung *(47), verpresst ist.
15. Radialkolbenpumpe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (45) eine Querbohrung (61) und eine Ringnut (63) aufweist, und dass die Querbohrung (61) und die Ringnut (63) eine hydraulische Verbindung der Mittenbohrung (47) zum Förderraum (15) herstellen.
16. Radial olbenpumpe nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtsitz (49) des zweiten Rückschlagventils (29) an der dem Pumpengehäuse (1) zugewandten Seite (67) des Zylinderkopfes (17) angeordnet ist.
17. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Rückschlagventil (25, 29) einen Käfig (69) aufweist, und dass in dem Käfig (69) eine auf das Ventilglied (51) wirkende Schließfeder (53) angeordnet ist .
18. Radialkolbenpumpe nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (69) in eine den Dichtsitz (49) umfassende Stufenbohrung (65) im Zylinderkopf (17) einpressbar ist.
19. Radialkolbenpumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderbohrung (13) als Sackloch ausgebildet ist, und dass das erste Rückschlagventil (25) am Grund des Sacklochs angeordnet ist.
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