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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.
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Eine
solche Hochdruckpumpe ist durch die
DE 198 29 548 A1 bekannt. Diese Hochdruckpumpe weist
ein Gehäuse
auf, in dem eine Antriebswelle und wenigstens ein Pumpenelement
angeordnet sind. Das wenigstens einen Pumpenelement weist einen durch
die Antriebswelle über
einen Stößel in einer Hubbewegung
angetriebenen Pumpenkolben auf. Der Pumpenkolben begrenzt einen
Pumpenarbeitsraum, der beim Saughub des Pumpenkolbens mit Kraftstoff
befüllt
wird und aus dem beim Förderhub des
Pumpenkolbens Kraftstoff verdrängt
wird. Der Stößel ist
in einer Bohrung des Gehäuses
verschiebbar geführt.
Für die
Hochdruckpumpe ist eine separate Förderpumpe erforderlich, durch
die Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter angesaugt wird und unter
erhöhtem
Druck in den Pumpenarbeitsraum des wenigstens einen Pumpenelements
gefördert
wird. Dies erfordert einen großen
Aufwand und Bauraum.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Hochdruckpumpe
mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 hat demgegenüber
den Vorteil, dass für
diese keine separate Förderpumpe
erforderlich ist, da durch den Stößel des wenigstens einen Pumpenelements
und den Speicher eine Kraftstoffansaugung aus einem Kraftstoffvorratsbehälter und
die Befüllung
des Pumpenarbeitsraums des wenigstens einen Pumpenelements erfolgt.
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In
den abhängigen
Ansprüchen
sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe
angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch
4 ermöglicht
eine bedarfsangepasste variable Ansaugmenge und damit auch Fördermenge
der Hochdruckpumpe. Die Ausbildung gemäß Anspruch 5 ermöglicht auf
einfache Weise eine Schmierung des Antriebsbereichs der Hochdruckpumpe.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen 1 eine Hochdruckpumpe
in einem Querschnitt entlang Linie I-I in 2 und 2 die
Hochdruckpumpe in einem Längsschnitt
entlang Linie II-II in 1.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In
den 1 und 2 ist eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung
einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt,
die als Radialkolbenpumpe ausgebildet ist. Durch die Hochdruckpumpe
wird dabei Kraftstoff unter Hochdruck gefördert, beispielsweise in einen Hochdruckspeicher 8,
aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen
wird. Die Hochdruckpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, in dem
eine Antriebswelle 12 um eine Achse 13 drehbar gelagert
ist. Im Gehäuse 10 sind
wenigstens ein, gegebenenfalls mehrere, beispielsweise zwei Pumpenelemente 14 angeordnet,
die durch die Antriebswelle 12 angetrieben werden. Die
Pumpenelemente 14 können
beispielsweise wie in 2 dargestellt
um etwa 90° um
die Drehachse 13 der Antriebswelle 12 zueinander
verdreht angeordnet sein. Die Antriebswelle 12 weist einen
Nocken 16 auf, der ein Einfach- oder Mehrfachnocken sein kann. Die
Pumpenelemente 14 weisen jeweils einen Pumpenkolben 20 auf,
der in einer zumindest annähernd
radial zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 verlaufenden
Zylinderbohrung 22 des Gehäuses 10 oder eines
separaten Zylinderkopfes 11 verschiebbar dicht geführt ist.
Der Pumpenkolben 20 jedes Pumpenelements 14 stützt sich
mit seinem Kolbenfuß 21 über einen
Stößel 24 am
Nocken 16 ab. Der Stößel 24 wird
dabei durch eine Feder 26, die sich einerseits am Gehäuse 10 oder
am Zylinderkopf 11 und andererseits am Stößel 24 abstützt, in
Anlage am Nocken 16 gehalten.
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Durch
den jeweiligen Pumpenkolben 20 wird ein Pumpenarbeitsraum 28 begrenzt,
der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 28 öffnendes
Einlassventil 30 mit einer Kraftstoffzuführung verbindbar
ist, in der Niederdruck herrscht und die nachfolgend noch näher beschrieben
wird. Der Pumpenarbeitsraum 28 ist außerdem durch ein zum Hochdruckspeicher 8 hin öffnendes
Auslassventil 32 mit dem Hochdruckspeicher 8 verbindbar.
Die Einlassventile 30 und die Auslassventile 32 können im
Gehäuse 10 oder
im Zylinderkopf 11 angeordnet sein. Bei der Rotation der
Antriebswelle 12 werden die Pumpenkolben 20 über den
Nocken 16 der Antriebswelle 12 und die Stößel 24 in
einer Hubbewegung angetrieben. Wenn die Pumpenkolben 20 sich
radial nach innen bewegen, so führen
diese einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 30 geöffnet ist,
so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 28 einströmt, während das
Auslassventil 32 geschlossen ist. Wenn die Pumpenkolben 20 sich
radial nach außen
bewegen, so führen diese
einen Förderhub
aus, wobei das Einlassventil 30 geschlossen ist und der
von den Pumpenkolben 20 verdichtete Kraftstoff durch das
geöffnete
Auslassventil 32 unter hohem Druck in den Hochdruckspeicher 8 gelangt.
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Die
Stößel 24 sind
jeweils in einer Bohrung 40 des Gehäuses 10 verschiebbar
dicht geführt. Durch
die Stößel 24 wird
in den Bohrungen 40 auf der der Antriebswelle 12 abgewandten
Seite der Stößel 24 jeweils
ein Arbeitsraum 42 begrenzt. Der Arbeitsraum 42 wird
beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils
einerseits durch den Stößel 24 und
andererseits durch den Zylinderkopf 11 begrenzt. Der Zylinderkopf 11 kann
jeweils einen zylindrischen Ansatz 44 aufweisen, der in
den Arbeitsraum 42 ragt und in dem die Zylinderbohrung 22 ausgebildet
ist, in der der Pumpenkolben 20 geführt ist und der Pumpenarbeitsraum 28 begrenzt
ist. Der Pumpenkolben 20 weist gegenüber dem Stößel 24 und der Bohrung 40 einen
kleineren Durchmesser auf. Der Aussendurchmesser des Ansatzes 44 des
Zylinderkopfs 11 ist ebenfalls kleiner als der Durchmesser
der Bohrung 40, so dass zwischen dem Ansatz 44 und
der Bohrung 40 ein Ringraum verbleibt. Im Stößel 24 ist
eine mit ihrer Längsachse
zumindest annähernd
parallel zur Drehachse 13 der Antriebswelle 12 angeordnete zylindrische
Rolle 25 drehbar angeordnet, über die der Stößel 24 am
Nocken 16 abrollt. Anstelle des hier beschriebenen Antriebs
der Pumpenkolben 20 über den
Nocken 16, die Stößel 24 sowie
die Rollen 25 kann auch vorgesehen sein, dass die Antriebswelle 12 einen
exzentrisch zu ihrer Drehachse 13 ausgebildeten Abschnitt
aufweist, auf dem ein entsprechend der Anzahl der Pumpenkolben 20 mit
Abflachungen versehener Ring drehbar gelagert ist, an dem die Pumpenkolben 20 direkt
oder über
Stößel anliegen. Der
Ring dreht sich dabei nicht mit der Antriebswelle 12 mit
und über den
extentrischen Abschnitt der Antriebswelle 12 wird deren
Drehbewegung in eine Hubbewegung der Pumpenkolben 20 umgewandelt. Das
Gehäuse 10 und
die Stößel 24 können aus
Material mit geringem Gewicht und geringer Festigkeit gefertigt
werden, beispielsweise aus Aluminium, da diese nicht von Hochdruck
beaufschlagt sind. Die Zylinderköpfe 11 sind
aus Material gefertigt, das eine hohe Festigkeit aufweist, beispielsweise
aus Stahl.
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Der
Arbeitsraum 42 weist eine Verbindung 46 mit einem
Kraftstoffvorratsbehälter 48 auf,
in der ein zum Arbeitsraum 42 hin öffnendes Rückschlagventil 50 angeordnet
ist. Der Arbeitsraum 42 weist ausserdem eine Verbindung 52 mit
einem Niederdruckspeicher 54 auf, in der ein zum Niederdruckspeicher 54 hin öffnendes
Rückschlagventil 56 angeordnet
ist. Der Niederdruckspeicher 54 ist vorzugsweise in das
Gehäuse 10 der
Hochdruckpumpe integriert und kann beispielsweise als Membranspeicher oder
als Blasenspeicher ausgebildet sein oder einen federbelasteten Kolben
aufweisen oder als eine Kombination aus diesen Bauarten ausgebildet
sein. Der im Niederdruckspeicher 54 herrschende Druck wird
durch ein Drucksteuerventil 58 eingestellt. Das Drucksteuerventil 58 kann
ein federbelastetes Ventil sein, das bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks
im Niederdruckspeicher 54 eine Verbindung 60 des
Niederdruckspeichers 54 mit einem Entlastungsbereich, beispielsweise
einem Rücklauf
in den Kraftstoffvorratsbehälter 48 freigibt.
Alternativ kann das Drucksteuerventil 58 auch ein elektrisch
betätigtes
Ventil sein, das von einer elektronischen Steuereinrichtung 62 angesteuert
wird. Hierbei kann der Druck im Niederdruckspeicher 54 variabel
eingestellt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von Betriebsparametern
der Brennkraftmaschine. Das Drucksteuerventil 58 kann in
das Gehäuse 10 der
Hochdruckpumpe integriert oder an dieses angebaut sein.
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Die
Pumpenarbeitsräume 28 der
Pumpenelemente 14 sind mit dem Niederdruckspeicher 54 verbunden,
der die Kraftstoffzuführung
für diese
bildet. In der Verbindung der Pumpenarbeitsräume 28 mit dem Niederdruckspeicher 54 ist
vorzugsweise eine Kraftstoffzumesseinrichtung 64 angeordnet,
durch die ein variabler Durchflussquerschnitt eingestellt werden
kann. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 weist ein Proportionalventil
auf, mittels dem der Durchflussquerschnitt kontinuierlich verändert werden
kann, und einen Aktor, beispielsweise in Form eines Elektromagneten.
Die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 wird durch die elektronische
Steuereinrichtung 62 angesteuert. Die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 kann
in das Gehäuse 10 der
Hochdruckpumpe integriert oder an dieses angebaut sein.
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Der
Niederdruckspeicher 54 weist eine Verbindung 66 mit
dem Antriebsbereich der Hochdruckpumpe auf, in dem die Antriebswelle 12 angeordnet ist.
Die Antriebswelle 12 ist in einem Hohlraum des Gehäuses 10 über mehrere,
beispielsweise zwei Lagerstellen 12a, 12b radial
und axial gelagert. Die Lagerstellen 12a, 12b können beispielsweise
als Gleitlager ausgebildet sein. Über die Verbindung 66 wird den
Lagerstellen 12a, 12b der Antriebswelle 12 sowie
dem Nocken 16 und den Rollen 25 Kraftstoff zu deren
Schmierung und Kühlung
zugeführt.
In der Verbindung 66 ist eine Drosselstelle 68 angeordnet,
um die Kraftstoffmenge, die aus dem Niederdruckspeicher 54 in
den Antriebsbereich abfließt,
zu begrenzen.
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Nachfolgend
wird die Funktion der Hochdruckpumpe erläutert. Die Antriebswelle 12 wird
beispielsweise mechanisch durch die Brennkraftmaschine angetrieben.
Die Rotation der Antriebswelle 12 wird über den Nocken 16 in
eine Hubbewegung der Stößel 24 und
der Pumpenkolben 20 umgewandelt. Beim Saughub der Pumpenkolben 20 wird
durch die Stößel 24 Kraftstoff über die
Verbindungen 46 bei geöffneten
Rückschlagventilen 50 aus
dem Kraftstoffvorratsbehälter 48 in
die sich vergrößernden
Arbeitsräume 42 angesaugt.
Die Rückschlagventile 56 zum Niederdruckspeicher 54 sind
dabei geschlossen. Die Stößel 24 sind
dabei selbstansaugend, das bedeutet, dass zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 48 und den
Arbeitsräumen 42 keine
weitere Förderpumpe erforderlich
ist. Beim Förderhub
der Pumpenkolben 20 wird durch die Stößel 24 über die
Verbindungen 52 Kraftstoff aus den sich verkleinernden
Arbeitsräumen 42 bei
geöffneten
Rückschlagventilen 56 in
den Niederdruckspeicher 54 verdrängt. Die Rückschlagventile 50 zum
Kraftstoffvorratsbehälter 48 sind
dabei geschlossen. Im Niederdruckspeicher 54 wird durch den
durch die Stößel 24 geförderten
Kraftstoff beispielsweise ein Druck zwischen etwa 2 und 10 bar erzeugt.
Von den Stößeln 24 zu
viel geförderter
Kraftstoff wird durch das Drucksteuerventil 58 in den Rücklauf 60 zum
Kraftstoffvorratsbehälter 48 abgesteuert.
Durch den im Arbeitsraum 42 herrschenden Druck wird die
Feder 26 unterstützt
und der Stößel 24 mit
seiner Rolle 25 gegen den Nocken 16 gedrückt. Die
Feder 26 kann daher gegebenenfalls kleiner dimensioniert
werden, wodurch diese leichte wird und einen kleineren Bauraum erfordert.
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Beim
Saughub der Pumpenkolben 20 wird durch diese bei geöffneten
Einlassventilen 30 und geschlossenen Auslassventilen 32 Kraftstoff
aus dem Niederdruckspeicher 54 in die Pumpenarbeitsräume 28 angesaugt.
Der Durchflussquerschnitt zwischen dem Niederdruckspeicher 54 und
den Pumpenarbeitsräumen 28 wird
dabei durch die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 eingestellt.
Beim Förderhub der
Pumpenkolben 20 wird durch diese bei geöffneten Auslassventilen 32 und
geschlossenen Einlassventilen 30 Kraftstoff aus den Pumpenarbeitsräumen 28 in
den Hochdruckspeicher 8 verdrängt. Der Druck im Hochdruckspeicher 8 wird
durch einen Drucksensor erfasst, der mit der Steuereinrichtung 62 verbunden
ist. Durch die Steuereinrichtung 62 wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 derart
angesteuert, dass durch diese der Durchflussquerschnitt so groß eingestellt
wird, dass durch die Pumpenkolben 20 nur eine so große Kraftstoffmenge
angesaugt und unter Hochdruck in den Hochdruckspeicher 8 verdrängt wird,
die erforderlich ist, um im Hochdruckspeicher 8 einen vorgegebenen
Druck aufrechtzuerhalten. Wenn zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen
Drucks im Hochdruckspeicher 8 eine große Kraftstoffmenge gefördert werden
muss, so wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 durch
die Steuereinrichtung 62 derart angesteuert, dass diese
einen großen
Durchflussquerschnitt freigibt. Wenn zur Aufrechterhaltung des vorgegebenen
Drucks im Hochdruckspeicher 8 nur eine geringe Kraftstoffmenge
gefördert
werden muss, so wird die Kraftstoffzumesseinrichtung 64 durch
die Steuereinrichtung 62 derart angesteuert, dass diese nur
einen kleinen Durchflussquerschnitt freigibt oder gegebenenfalls
den Durchflussquerschnitt vollständig
verschließt,
so dass durch die Hochdruckpumpe kein Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 8 gefördert wird.
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Bei
der Förderung
von Kraftstoff durch die Stößel 24 aus
dem Kraftstoffvorratsbehälter 48 auftretende
Druckstöße werden
durch das Volumen des Niederdruckspeichers 54 weitgehend
ausgeglichen, so dass die Befüllung
der Pumpenarbeitsräume 28 aus
dem Niederdruckspeicher 54 mit nahezu konstantem Druck
erfolgen kann. Das Druckniveau im Niederdruckspeicher 54 kann
mittels eines elektrisch angesteuerten Drucksteuerventils 58 variabel
eingestellt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass
mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine und damit der Hochdruckpumpe
ein höheres
Druckniveau im Niederdruckspeicher 54 eingestellt werden,
um trotz der dann zur Verfügung
stehenden kürzeren
Zeit zur Befüllung
der Pumpenarbeitsräume 28 eine
ausreichende Befüllung
der Pumpenarbeitsräume 28 sicherzustellen.