Titel Brennstoffpumpe

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Brennstoffpumpe, insbesondere eine Pumpenanordnung mit einer Zahnradpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.

Aus der DE 197 36 160 A1 ist eine Pumpenanordnung zur Kraftstoffhochdruckversorgung bei Kraftstoffeinspritzsystemen von Brennkraftmaschinen bekannt. Die bekannte Pumpenanordnung dient insbesondere für ein Common-Rail-Einspritzsystem. Die bekannte Pumpenanordnung weist eine Radialkolbenpumpe mit einer in einem Pumpen- gehäuse gelagerten Antriebswelle auf, die exzentrisch ausgebildet ist oder in Umfangs- richtung nockenartige Erhebungen aufweist. Ferner sind mehrere, bezüglich der Antriebswelle radial in einem jeweiligen Zylinderraum angeordnete Kolben vorgesehen, die beim Umdrehen der Antriebswelle in dem Zylinderraum hin- und herbewegt werden. Außerdem ist eine der Radialkolbenpumpe vorgeschaltete Niederdruckpumpe vorgesehen. Um eine kompakte Ausgestaltung der Pumpenanordnung zu erzielen und um die Gefahr des Auftretens von Leckagestellen zu reduzieren, ist die Niederdruckpumpe am oder im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe auf der der Antriebsseite abgewandten Seite vorgesehen und von der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe angetrieben. Hierbei ist zwischen der Antriebswelle der Radialkolbenpumpe und einer Welle der Niederdruckpumpe eine Kupplung zwischengeschaltet. Das Gehäuse der Niederdruckpumpe ist über ein Zentriermittel am Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe montiert. Ferner ist ein in Richtung auf das Gehäuse der Niederdruckpumpe vorspringender Zentrierflansch am Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe vorgesehen, mit dem das Gehäuse der Niederdruckpumpe positioniert wird. Um Brennstoff zu der Niederdruckpumpe zu führen, ist ein Kanal zu einer Saugkammer der Niederdruckpumpe geführt, der mit einem Kanal im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe kommuniziert. Aus dem Kanal im Pumpengehäuse der Radialkolbenpumpe wird der Brennstoff der Saugseite der Niederdruckpumpe zugeführt.

Die aus der DE 197 36 160 A1 bekannte Pumpenanordnung hat den Nachteil, dass die Ausgestaltung relativ aufwändig ist. Speziell muss die Niederdruckpumpe zuverlässig mit der Radialkolbenpumpe verbunden werden, wobei eine zuverlässige Dichtwirkung an mehreren Stellen erforderlich ist, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.

Offenbarung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Brennstoffpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Aufbau der Brennstoffpumpe vereinfacht ist. Speziell kann ein Bauraum der Brennstoffpumpe optimiert werden. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiter- bildungen der im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffpumpe möglich.

Vorteilhaft ist es, dass sowohl ein Zulauf als auch ein Rücklauf an dem Gehäuseteil vorgesehen sind, dass der Zulauf zumindest abschnittsweise durch einen in dem Gehäuseteil gebildeten Zulaufkanal ausgestaltet ist und dass der Rücklauf zumindest ab- schnittsweise durch einen in dem Gehäuseteil gebildeten Rücklaufkanal ausgestaltet ist. Dadurch können der Zulauf und der Rücklauf in das Gehäuseteil, in dem die Zahnradpumpe vorgesehen ist, integriert werden. Hierdurch ist eine kompakte Ausgestaltung der B renn stoff pumpe möglich. Speziell kann ein zusätzliches Bauteil, dass zur Aufnahme eines Niederdruckkreislaufes dient, eingespart werden.

Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass der Zulaufkanal mit dem Rücklaufkanal über ein in das Gehäuseteil eingefügtes Überströmventil und/oder über ein in das Gehäuseteil eingefügtes Bypassventil miteinander verbunden sind. Somit können auch das Überströmventil und das Bypassventil in das Gehäuseteil, in dem die Zahnradpumpe ange- ordnet ist, integriert werden.

In vorteilhafter weise ist das Gehäuseteil mit einem außenliegenden Deckel verschlossen. Das Gehäuseteil kann dabei sowohl die Zahnradpumpe als auch den kompletten Niederdruckkreislauf aufnehmen. Durch den außenliegenden Deckel kann insbesonde- re die Zahnradpumpe im Bereich der Zahnräder verschlossen werden. Vorteilhaft ist es, dass das Gehäuseteil eine Niederdruckeinheit aufnimmt, dass ein weiteres Gehäuseteil vorgesehen ist, das eine Hochdruckeinheit aufnimmt, und dass die Zahnradpumpe durch eine in dem weiteren Gehäuseteil gelagerte Antriebswelle antreibbar ist. Das Gehäuseteil der Niederdruckeinheit kann dabei direkt mit dem Ge- häuseteil der Hochdruckeinheit verbunden sein. Ein Deckel oder dergleichen, der zwischen dem Gehäuseteil der Niederdruckeinheit und dem Gehäuseteil der Hochdruckeinheit vorgesehen sein kann, kann hierbei entfallen. Dadurch ist eine kompakte Ausgestaltung der Brennstoffpumpe möglich. Speziell kann ein axialer Bauraum der Brennstoffpumpe verkürzt werden.

Vorteilhaft ist es hierbei auch, dass das Gehäuseteil der Niederdruckeinheit an einer dem Gehäuseteil der Hochdruckeinheit zugewandten Seite eine Ausnehmung aufweist, die zumindest teilweise ein Kupplungsteil einer zwischen der Antriebswelle und der Zahnradpumpe vorgesehenen Kupplung aufnimmt. Hierdurch kann eine Ausdehnung der Brennstoffpumpe in der axialen Richtung weiter verkürzt werden. Hierbei ist es auch von Vorteil, dass das Kupplungsteil eine Außenseite aufweist und dass das Kupplungsteil an seiner Außenseite in der Ausnehmung des Gehäuseteils der Niederdruckeinheit gelagert ist. Hierdurch kann die Ausgestaltung der Brennstoffpumpe, insbesondere der Gehäuseteile der Brennstoffpumpe, vereinfacht und somit optimiert werden.

Möglich ist es allerdings auch, dass das Gehäuseteil sowohl eine Hochdruckeinheit als auch die Zahnradpumpe aufnimmt. Hierdurch kann die Zahnradpumpe direkt in das Gehäuseteil der Hochdruckeinheit integriert werden. Speziell kann hierbei der Niederdruckkreislauf in das Gehäuseteil der Hochdruckeinheit integriert werden, wodurch sich eine kompakte Ausgestaltung der Brennstoffpumpe ergibt.

Vorteilhaft ist es dabei, dass das Gehäuseteil als einteiliges Gehäuseteil ausgestaltet ist. Eine Kupplung und/oder weitere Bauteile beziehungsweise Komponenten können hierdurch eingespart werden. Dadurch ist eine kostengünstige Lösung möglich. Ferner kann eine Baulänge der Brennstoff pumpe optimiert werden.

Vorteilhaft ist es, dass das Gehäuseteil aus einer Legierung gebildet ist, die auf Aluminium und Silizium basiert. Speziell ist es vorteilhaft, dass das Gehäuseteil aus einer übereutektischen Legierung mit Aluminium und Silizium gebildet ist. Solch eine Alumi- nium-Silizium-Legierung ermöglicht die Lagerung von Elementen der Brennstoffpumpe, wobei eine Vernickelung der Lagerflächen oder dergleichen entfallen kann. Speziell können die Zahnräder der Zahnradpumpe direkt auf dem Material der Legierung des Gehäuseteil gelagert sein, so dass eine Vernickelung der Lagerflächen der Zahnradpumpe nicht notwendig ist. Hierdurch vereinfacht sich die Ausgestaltung der Brennstoffpumpe, wobei zugleich eine verschleiß- und störungsunanfällige Ausgestaltung möglich ist.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Brennstoffpumpe in einer auszugsweisen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Brennstoffpumpe entlang der mit Il bezeichneten Schnittlinie in einer schematischen Darstellung;

Fig. 3 den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Brennstoffpumpe entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 4 den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Brennstoffpumpe entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine Brennstoffpumpe in einer ausschnittsweisen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Brennstoffpumpe 1 kann insbesondere als Pumpenanordnung für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen ausgestaltet sein. Ein bevorzugter Einsatz der Brennstoffpumpe 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common- Rail, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die erfindungsgemäße Brennstoffpumpe 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.

Die Brennstoffpumpe 1 weist Gehäuseteile 2, 3 auf, die miteinander verbunden sind. Dabei ist eine Seite 4 des Gehäuseteils 3 einer Seite 5 des Gehäuseteils 2 zugewandt. Das Gehäuseteil 3 liegt mit seiner Seite 4 an der Seite 5 des Gehäuseteils 2 an, wobei ein Dichtring zur Abdichtung zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 vorgesehen ist. Das Gehäuseteil 2 weist eine Durchgangsöffnung 7 auf, in der eine Antriebswelle 8 zumindest abschnittsweise angeordnet ist. Hierbei ist in der Fig. 1 ein Lager 9 dargestellt, mittels dem die Antriebswelle 8 in dem Gehäuse 2 gelagert ist. Das Lager 9 ist dabei in der Durchgangsöffnung 7 angeordnet. Die Durchgangsöffnung 7 ist an der Seite 5 des Gehäuseteils 2 mittels des Dichtrings 6 gegenüber der Umgebung abgedichtet.

In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennstoffpumpe 1 eine Hochdruckeinheit 10 und eine Niederdruckeinheit 11 auf. Hierbei nimmt das Gehäuseteil 2 die Hochdruckeinheit 10 auf. Ferner nimmt das Gehäuseteil 3 die Niederdruckeinheit 11 auf. Die Hochdruckeinheit 10 kann beispielsweise eine Radial- oder Reihenkolbenpumpe aufweisen, die von der Antriebswelle 8 antreibbar ist. Die Niederdruckeinheit 11 umfasst beispielsweise eine nachfolgend näher beschriebene Niederdruckpumpe sowie nieder- druckseitige Bohrungen oder Kanäle für Zulauf und/oder Ablauf sowie gegebenenfalls ein oder mehrere Ventile.

In dem Gehäuseteil 3 der Niederdruckeinheit 1 1 sind Zahnräder 15, 16 angeordnet, die zum Ausbilden einer Zahnradpumpe 17 miteinander kämmen. Die Zahnradpumpe 17 ist dadurch in die Niederdruckeinheit 11 integriert. Das Gehäuseteil 3 weist eine der Seite 4 abgewandte weitere Seite 18 auf. Die Seite 18 ist eine außenliegende Seite 18 des Gehäuseteils 3 der Brennstoffpumpe 1. An der Seite 18 des Gehäuseteils 3 ist ein Deckel 19 angebracht, der das Gehäuseteil 3 verschließt. Durch den Deckel 19 sind hierbei die Zahnräder 15, 16 der Zahnradpumpe 17 abgedeckt. Der Deckel 19 dient als außenliegender Deckel 19. Hierbei ist zwischen dem Deckel 19 und dem Gehäuseteil 3 ein Dichtring 20 vorgesehen, um die Zahnradpumpe 17 nach außen abzudichten.

Im Betrieb der Brennstoffpumpe 1 rotiert die Antriebswelle 8 um eine Achse 21. Das Gehäuseteil 3 weist eine Lagerbohrung 22 auf. In der Lagerbohrung 22 ist eine Nabe

23 gelagert. Die Nabe 23 erstreckt sich dabei durch die Lagerbohrung 22 des Gehäuseteils 3. Das Zahnrad 16 ist mit der Nabe 23 verbunden. Ferner ist ein Lagerbolzen 24 vorgesehen, auf dem das Zahnrad 15 gelagert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lagerbolzen 24 an dem Gehäuseteil 3 ausgestaltet. Eine Achse 25 der Nabe 23 liegt zumindest näherungsweise auf der Achse 21. Somit stimmen die Achsen 21 , 25 zumindest näherungsweise überein.

Die Nabe 23 weist einen der Antriebswelle 8 zugewandten Kopfabschnitt 26 auf. Zwischen der Nabe 23 und der Antriebswelle 8 ist ein Kupplungsteil 27 angeordnet, das mit der Antriebswelle 8 drehfest verbunden ist. Ferner ist die Nabe 23 mit einem Kupplungsteil 28 verbunden, das die Nabe 23 umschließt. Das Kupplungsteil 28 ist dabei neben der Seite 4 des Gehäuseteils 3 angeordnet. Die Kupplungsteile 27, 28 bilden eine Kupplung 29 zwischen der Antriebswelle 8 und der Nabe 23. Der Kopfabschnitt 26 der Nabe 23 ist dabei in einer Aussparung 30 des Kupplungsteils 27 angeordnet. Die Kupplung 29 ermöglicht einen gewissen Ausgleich zwischen der Antriebswelle 8 und der Nabe 23. Beispielsweise kann ein Achsversatz zwischen der Achse 21 der Antriebswelle 8 und der Achse 25 der Nabe 23 ausgeglichen werden. Außerdem kann ein Ausgleich erfolgen, falls die Achsen 21 , 25 nicht exakt koaxial zueinander ausgerichtet sind.

Beim Rotieren der Antriebswelle 8 nimmt die Antriebswelle 8 über die Kupplung 29 die Nabe 25 mit. Somit wird das Zahnrad 16 und damit auch die Zahnradpumpe 17 im Betrieb der Brennstoffpumpe 1 von der Antriebswelle 8 angetrieben.

Die Brennstoffpumpe 1 des ersten Ausführungsbeispiels ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 im weiteren Detail beschrieben.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Brennstoffpumpe 1 entlang der mit Il bezeichneten Schnittlinie. Die Brennstoffpumpe 1 weist einen Zulauf 35 und einen Rücklauf 36 auf. Der Zulauf 35 und der Rücklauf 36 sind da- bei für die Zahnradpumpe 17 vorgesehen und an dem Gehäuseteil 3 vorgesehen. Über den Zulauf 35 kann Brennstoff aus einem Tank von der Zahnradpumpe 17 angesaugt werden. Über den Rücklauf 36 kann der von der Zahnradpumpe 17 geförderte Brennstoff aus dem Gehäuseteil 3 geführt werden. Der aus dem Rücklauf 36 geführte Brennstoff kann dann zu der Hochdruckeinheit 10 geführt werden, um den gewünschten Hochdruck zu erzeugen. Die Zahnradpumpe 17 dient hierbei als Niederdruckpumpe 17.

Der Zulauf 35 weist einen Zulaufkanal 37 auf, der in dem Gehäuseteil 3 ausgebildet ist. Ferner weist der Rücklauf 36 einen Rücklaufkanal 38 auf, der ebenfalls in dem Gehäu- seteil 3 ausgebildet ist. Der Zulaufkanal 35 mündet an einer Mündungsstelle 39 in die Zahnradpumpe 17. Die Mündungsstelle 39 stellt somit die Saugseite der Zahnradpumpe 17 dar. Der von der Zahnradpumpe 17 geförderte Brennstoff gelangt zu einer Mündungsstelle 40 des Rücklaufkanals 38, so dass die Mündungsstelle 40 die Förderseite der Zahnradpumpe 17 darstellt. Die Positionen der Zahnräder 15, 16 der Zahnradpum- pe 17 sind in der Fig. 2 durch unterbrochen dargestellte Linien 15', 16' veranschaulicht. Das Gehäuseteil 3 weist außerdem Stufenbohrungen 41 , 42 auf. Die Stufenbohrungen 41 , 42 verbinden jeweils den Zulaufkanal 37 mit dem Rücklaufkanal 38. In der Stufenbohrung 41 ist ein Überströmventil 43 angeordnet. Ferner ist in der Stufenbohrung 42 ein Bypassventil 44 angeordnet. Somit sind der Zulaufkanal 37 und der Rücklaufkanal 38 zum einen über das Überströmventil 43 und zum anderen über das Bypassventil 44 miteinander verbunden. Das Überströmventil 43 und das Bypassventil 44 können somit zusammen mit der Zahnradpumpe 17 in das Gehäuseteil 3 der Niederdruckeinheit 1 1 integriert werden. Dadurch ergibt sich ein kompakter Aufbau der Brennstoffpumpe 1 . Insbesondere kann eine Ausdehnung, das heißt ein Bauraum, der Brennstoffpumpe 1 in axialer Richtung, das heißt entlang der Achse 21 beziehungsweise der Achse 25, verringert werden, da zusätzliche Gehäuseteile entfallen können. Beispielsweise ist kein zusätzliches Gehäuseteil zum Aufnehmen der Zahnradpumpe 17 erforderlich.

Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Brennstoffpumpe 1 ent- sprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Gehäuseteil 3 der Niederdruckeinheit 1 1 an der dem Gehäuseteil 2 der Hochdruckeinheit 10 zugewandten Seite 4 eine Ausnehmung 50 auf. Die Ausnehmung 50 ist dabei zylinderförmig ausgestaltet. Ferner ist die zylinderförmige Ausnehmung 50 an der Achse 25 ausgerichtet. In der Ausnehmung 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel das Kupplungsteil 28 der Kupplung 29 zumindest im Wesentlichen angeordnet. Die

Ausnehmung 50 nimmt somit das Kupplungsteil 28 auf. Das Kupplungsteil 28 weist eine Außenseite 51 auf. An seiner Außenseite 51 ist das Kupplungsteil 28 in der Ausnehmung 50 des Gehäuseteils 3 gelagert.

Die Ausnehmung 50 weist eine Tiefe 52 auf, in der sich die Ausnehmung 50 von der

Seite 4 des Gehäuseteils 3 in Richtung der Achse 25 in das Gehäuseteil 3 erstreckt. Um diese Tiefe 52 kann die Nabe 23 näher an der Antriebswelle 8 im Vergleich zu dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sein. Somit kann das Gehäuseteil 2 der Hochdruckeinheit 10 um die Tiefe 52 in axialer Richtung verkürzt werden. Dadurch kann die axiale Länge der Brennstoffpumpe 1 weiter optimiert werden.

Bei dem anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenem ersten Ausführungsbeispiel sowie bei dem anhand der Fig. 3 beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel ist das Gehäuseteil 3 an das Gehäuseteil 2 angefügt und mit einem Bund 53 in die Durchgangsöffnung 7 des Gehäuseteils 2 eingesetzt. Dadurch ist eine zuverlässige Zentrierung der Lagerbohrung 22 in Bezug auf die Achse 21 der Antriebswelle 8 ermöglicht. Allerdings ist es auch möglich, dass das Gehäuseteil 2 und das Gehäuseteil 3 einstückig ausgestaltet sind. In diesem Fall ist ein Gehäuseteil 2, 3 vorgesehen, so dass die Zahnradpumpe 17 in das Gehäuseteil 2, 3 der Hochdruckeinheit 10 integriert ist, wie es auch anhand der Fig. 4 beschrieben ist.

Fig. 4 zeigt den in Fig. 1 mit III bezeichneten Ausschnitt einer Brennstoffpumpe 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle einer zweiteiligen Ausgestaltung mit dem Gehäuseteil 2 und dem Gehäuseteil 3 ein einstückiges Gehäuseteil 2, 3 vorgesehen. In diesem Fall ist somit ein Gehäuseteil 2, 3 vorgesehen, das als einteiliges Gehäuseteil 2, 3 ausgestaltet ist. Die Zahnradpumpe 17 ist dadurch sozusagen in das Gehäuseteil 2, 3 der Hochdruckeinheit 10 integriert.

Vorteilhaft bei dieser einteiligen Ausgestaltung des Gehäuseteils 2, 3 ist, dass eine Kupplung und/oder weitere Bauteile beziehungsweise Komponenten hierdurch eingespart werden können. Dadurch ist eine kostengünstige Lösung möglich. Ferner kann eine Baulänge der Brennstoffpumpe 1 optimiert werden.

Das Gehäuseteil 3 und gegebenenfalls auch das Gehäuseteil 2 sind vorzugsweise aus einer Legierung gebildet, die auf Aluminium und Silizium basiert. Speziell kann das

Gehäuseteil 3 aus einer übereutektischen Legierung mit Aluminium und Silizium gebildet sein. Hierdurch ist eine verschleißfeste Lagerung der Zahnräder 15, 16 in dem Gehäuseteil 3 möglich. Speziell kann das Zahnrad 15 direkt auf dem Material des Lagerbolzens 24 des Gehäuseteils 3 gelagert sein. Ferner kann die Nabe 23, die als Lager für das Zahnrad 16 dient, direkt auf dem Material des Gehäuseteils 3, nämlich im Bereich der Lagerbohrung 22, gelagert sein. Eine Nickelbeschichtung oder dergleichen kann dadurch entfallen.

Somit ist insbesondere durch den verringerten Teileumfang der Brennstoffpumpe 1 ei- ne Kosteneinsparung und eine erleichterte Montage möglich. Ferner kann ein Prüfumfang verringert und ein Bearbeitungsumfang vermindert werden. Außerdem kann die Kopplung der Zahnradpumpe 17 an die Antriebswelle 8 robust ausgestaltet sein, wodurch sich die Lebensdauer der Brennstoffpumpe 1 vergrößert. Ferner werden Schnittstellen eingespart, die beispielsweise bei einer separaten Außenzahnradpumpe erfor- derlich sind. Dadurch kann auch ein Leckagerisiko verringert werden. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.