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Title:
LOW-PRESSURE PUMP FOR THE FUEL INJECTION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/017360
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pump system comprising a high-pressure pump and a low-pressure pump mounted upstream thereof for the fuel injection system of an internal combustion engine, whereby the low-pressure pump (12) feeds fuel to the high-pressure pump (10). The high-pressure pump (10) comprises a drive shaft (16) which also drives the low-pressure pump (12). The low-pressure pump (12) is integrated into the drive shaft (16) of the high-pressure pump (10).

Inventors:
BODZAK STANISLAW (AT)
Application Number:
PCT/DE2004/001714
Publication Date:
February 24, 2005
Filing Date:
July 30, 2004
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
BODZAK STANISLAW (AT)
International Classes:
F02M39/00; F04B23/10; F04C11/00; F04C15/00; (IPC1-7): F04C11/00; F02M39/00; F04C15/00
Foreign References:
DE10150653A12003-04-30
GB2100354A1982-12-22
GB1248685A1971-10-06
US4792285A1988-12-20
DE3504306A11985-08-22
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Claims:
Ansprüche
1. Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine, wobei durch die Niederdruckpumpe (12) Kraftstoff zur Hochdruckpumpe (10) gefördert wird, wobei die Hochdruckpumpe (10) eine Antriebswelle (16) aufweist, durch die auch die Niederdruckpumpe (12) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (12) in die Antriebswelle (16) der Hochdruckpumpe (10) integriert ist.
2. Pumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (12) in einem in einem Endbereich der Antriebswelle (16) angeordneten Lagerstummel (40) der Antriebswelle (16) integriert ist, über den die Antriebswelle (16) in einem Gehäuse (14) der Hochdruckpumpe (10) drehbar gelagert ist.
3. Pumpenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstummel (40) der Antriebswelle (16) im Durchmesser gegenüber deren übrigem Bereich vergrößert ist.
4. Pumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (12) in einer Sackbohrung (42) der Antriebswelle (16) angeordnet ist.
5. Pumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckpumpe (12) als Innenzahnradpumpe ausgebildet ist, die einen in der Sackbohrung (42) angeordneten, drehschlüssig mit der Antriebswelle (16) gekoppelten, innenverzahnten Zahnring (44) aufweist.
6. Pumpenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sackbohrung (42) der Antriebswelle (16) mit einem gegenüber dieser feststehenden Verschlusselement (56) verschlossen ist, an dem ein in die Sackbohrung (42) ragender Lagerzapfen (60) angeordnet ist, auf dem ein außenverzahntes, mit dem Zahnring (44) kämmendes Zahnrad (62) drehbar gelagert ist, wobei die Drehachse (63) des Laufrads (62) zur Drehachse (17) des Zahnrings (44) versetzt verläuft.
7. Pumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sackbohrung (42) auf der dem Verschlusselement (56) abgewandten Seite des Zahnrings (44) eine Platte (52) angeordnet ist, die durch eine vorgespannte Feder (51) gegen die Stirnseiten des Zahnrings (44) und des Zahnrads (62) gepresst wird und dass die Platte (52) bei Überschreiten eines vorgegebenen Drucks in der Niederdruckpumpe (12) vom Zahnring (44) und Zahnrad (62) gegen die Kraft der Feder (51) wegbewegbar ist und eine Verbindung zu einem Entlastungsbereich freigibt.
8. Pumpenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lagerzapfen (60) und dem Zahnrad (62) eine das Zahnrad (62) in Richtung zur Drehachse (17) des Zahnrings (44) hin drückende vorgespannte Feder (70) angeordnet ist.
9. Pumpenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (70) in einer Bohrung (68) des Lagerzapfens (60) angeordnet ist.
Description:
NIEDERDRUCKPUMPE FÜR EINE KRAFTSTOFFEINSPRITZEINRICHTUNG EINER BRENNKRAFTMASCHINE Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Pumpenanordnung ist durch die DE 101 50 653 AI bekannt. Bei dieser Pumpenanordnung wird durch die Niederdruckpumpe Kraftstoff zur Hochdruckpumpe gefördert.

Die Hochdruckpumpe weist eine Antriebswelle auf, durch die auch die Niederdruckpumpe angetrieben wird. Die Niederdruckpumpe ist als separate Baueinheit an das Gehäuse der Hochdruckpumpe angebaut. Hierdurch wird der Bauraum der Pumpenanordnung groß, vor allem in Richtung der Drehachse der Antriebswelle. Außerdem ist eine Abdichtung zwischen der Niederdruckpumpe und der Hochdruckpumpe erforderlich und die Niederdruckpumpe muss über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass diese nur einen geringen Bauraum, vor allem in Richtung der Drehachse der Antriebswelle, erfordert. Außerdem ist die Abdichtung vereinfacht und es ist keine aufwendige Kupplung für den Antrieb der Niederdruckpumpe erforderlich.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpenanordnung angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 2 ermöglicht auf einfache Weise die Integration der Niederdruckpumpe in der Antriebswelle. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht die Integration einer Niederdruckpumpe mit ausreichend großem Durchmesser, wobei der Lagerstummel der Antriebswelle üblicherweise schon derart ausgebildet ist, um eine ausreichend tragfähige Lagerung der Antriebswelle zu ermöglichen. Eine gemäß Anspruch 5 als Innenzahnradpumpe ausgebildete Niederdruckpumpe ist aufgrund ihrer Form besonders geeignet zur Integration in die Antriebswelle. Die Ausbildung gemäß Anspruch 7 ermöglicht eine Begrenzung des durch die Niederdruckpumpe erzeugten Drucks. Die Ausbildung gemäß Anspruch 8 ermöglicht die Einstellung eines sehr geringen Radialspiels zwischen dem Zahnrad und dem Zahnring zu Beginn der Kraftstofförderung durch die Niederdruckpumpe und damit einen guten Wirkungsgrad.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Pumpenanordnung in einem Längsschnitt und Figur 2 die Pumpenanordnung in einem Querschnitt entlang Linie II-II in Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In den Figuren 1 und 2 ist eine Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe 10 und einer dieser vorgeschalteten Niederdruckpumpe 12 für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Durch die Hochdruckpumpe 10 wird dabei Kraftstoff unter Hochdruck von bis zu 2000 bar gefördert,

beispielsweise in einen Speicher, aus dem Kraftstoff zur Einspritzung an der Brennkraftmaschine entnommen wird. Durch die Niederdruckpumpe 12 wird Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorratsbehälter zur Saugseite der Hochdruckpumpe 10 gefördert.

Die Hochdruckpumpe 10 ist als Radialkolbenpumpe oder als Reihenpumpe ausgebildet und weist ein Gehäuse 14 auf, in dem eine Antriebswelle 16 um eine Achse 17 drehbar gelagert ist.

Im Hochdruckpumpengehäuse 14 ist wenigstens ein bzw. sind vorzugsweise mehrere Pumpenelemente 18 angeordnet, die durch die Antriebswelle 16 angetrieben werden. Die Antriebswelle 16 weist entsprechend der Anzahl der Pumpenelemente 18 Nocken 20 auf. Die Pumpenelemente 18 weisen jeweils einen Pumpenkolben 22 auf, der in einer zumindest annähernd radial zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 verlaufenden Zylinderbohrung 24 verschiebbar dicht geführt ist. Der Pumpenkolben 22 jedes Pumpenelements 18 stützt sich mit seinem Kolbenfuß 23 über einen Stößel 26 und eine im Stößel 26 angeordnete Laufrolle 27 am Nocken 20 ab. Der Kolbenfuß 25 und über diesen der Stößel 26 und die Laufrolle 27 kann dabei durch eine Feder 28, die sich einerseits am Hochdruckpumpengehäuse 14 und andererseits über einen Federteller 29 am Kolbenfuß 23 abstützt, in Anlage am Nocken 20 gehalten werden.

Durch den jeweiligen Pumpenkolben 22 wird ein Pumpenarbeitsraum 30 begrenzt, der durch ein in den Pumpenarbeitsraum 30 öffnendes Einlassventil 32 mit einer Kraftstoffzuführung verbindbar ist, in die durch die Niederdruckpumpe 12 Kraftstoff gefördert wird. Der Pumpenarbeitsraum 30 ist außerdem durch ein zum Speicher hin öffnendes Auslassventil 34 mit dem Speicher verbindbar. Bei der Rotation der Antriebswelle 16 wird der Pumpenkolben 22 durch den Nocken 20 der Antriebswelle 16 über die auf diesem abrollende Laufrolle 27 und den Stößel 26 in einer

Hubbewegung angetrieben. Wenn der Pumpenkolben 22 sich radial nach innen bewegt, so führt dieser einen Saughub aus, wobei das Einlassventil 32 geöffnet ist, so dass Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 30 einströmt, während das Auslassventil 34 geschlossen ist. Wenn der Pumpenkolben 22 sich radial nach außen bewegt, so führt dieser einen Förderhub aus, wobei das Einlassventil 32 geschlossen ist und der vom Pumpenkolben 22 verdichtete Kraftstoff durch das geöffnete Auslassventil 34 unter hohem Druck in den Speicher gelangt.

Die Antriebswelle 16 ist im Gehäuse 14 drehbar gelagert und weist hierzu an ihren beiden axialen Endbereichen jeweils einen Lagerstummel 40 auf, wobei in Figur 1 nur ein Lagerstummel 40 dargestellt ist. Die Lagerstummel 40 sind vorzugsweise in ihrem Durchmesser gegenüber dem übrigen Durchmesser der Antriebswelle 16 vergrößert. Ein Lagerstummel 40 ist hohl ausgebildet und in diesem ist die Niederdruckpumpe 12 integriert. Der Lagerstummel 40 weist eine zu seinem freien Ende hin offene Sackbohrung 42 auf, in der die Niederdruckpumpe 12 angeordnet ist. Die Niederdruckpumpe 12 ist als Innenzahnradpumpe ausgebildet und weist einen innenverzahnten Zahnring 44 auf, der drehschlüssig mit der Antriebswelle 16 gekoppelt ist. Der Zahnring 44 weist hierbei beispielsweise in seinem Außenumfang eine oder mehrere in Richtung der Drehachse 17 der Antriebswelle 16 verlaufende Ausnehmungen 46 auf, in die in die Antriebswelle 16 eingepresste, zumindest annähernd parallel zur Drehachse 17 verlaufende Bolzen 48 eingreifen.

Die Bolzen 48 sind in vom Boden der Sackbohrung 42 ausgehende Bohrungen in der Antriebswelle 16 eingepresst.

Über die in die Ausnehmungen 46 eingreifenden Bolzen 48 ist der Zahnring 44 dann in Drehrichtung mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Der Zahnring 44 ist vorzugsweise in Richtung der Drehachse 17 in der Sackbohrung 42 verschiebbar.

Am Boden der Sackbohrung 42 ist eine Vertiefung 50 ausgebildet, in die eine Druckfeder 51 eingesetzt ist, die beispielsweise eine Schraubendruckfeder ist und die sich zumindest annähernd parallel zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 und zumindest annähernd koaxial zu dieser erstreckt. Die Druckfeder 51 wirkt auf eine Platte 52, die durch die Druckfeder 51 gegen die Stirnseite des Zahnrings 44 gepresst wird. Die Platte 52 ist ebenfalls drehschlüssig mit der Antriebswelle 16 verbunden, beispielsweise über die Bolzen 48, die in entsprechende Ausnehmungen 53 am Außenumfang der Platte 52 eingreifen. Die Platte 52 ist wie der Zahnring 44 in Richtung der Drehachse 17 in der Sackbohrung 42 verschiebbar.

Das offene Ende der Sackbohrung 42 ist mit einem Deckel 56 verschlossen, der fest mit dem Gehäuse 14 der Hochdruckpumpe 10 verbunden ist, beispielsweise mit diesem verschraubt ist.

Der Deckel 56 ist somit gegenüber der Antriebswelle 16 feststehend angeordnet und dreht sich nicht mit dieser mit.

Der Deckel 56 ist am Gehäuse 14 zentriert, beispielsweise über einen vom Gehäuse 14 nach außen abstehenden und den Deckel 56 umgebenden Zentrierbund 57. Außerdem ist der Deckel 56 in seiner Drehstellung gegenüber dem Gehäuse 14 festgelegt, so dass dieser eine exakt definierte Drehstellung am Gehäuse 14 einnimmt. Zwischen dem Deckel 56 und dem Gehäuse 14 ist außerdem ein Dichtelement 58 eingespannt. Zwischen dem Lagerstummel 40 der Antriebswelle 16 und dem Gehäuse 14 kann ein weiteres Dichtelement in Form eines Wellendichtrings 59 angeordnet sein. Der Deckel 56 weist einen exzentrisch zur Drehachse 17 der Antriebswelle 16 von diesem abstehenden, in die Sackbohrung 42 ragenden Lagerzapfen 60 auf. Auf dem Lagerzapfen 60 ist ein außenverzahntes Zahnrad 62 drehbar gelagert, das mit dem Zahnring 44 kämmt. Die Drehachse 63 des Zahnrads 62 verläuft somit um ein Maß e gemäß den Figuren 1 und 2 versetzt zur Drehachse 17 des Zahnrings 44. Durch diese Anordnung der

Drehachsen 17 bzw. 63 des Zahnrings 44 bzw. des Zahnrads 62 ergibt sich eine Pumpenkammer 64, in der durch den Zahnring 44 und das Zahnrad 62 Kraftstoff von einer Saugseite, in die eine Saugöffnung 65 mündet, zu einer Druckseite, in die eine Drucköffnung 66 mündet, gefördert wird. Die Saugöffnung 65 und die Drucköffnung 66 sind im Deckel 56 ausgebildet. Die Saugöffnung 65 ist mit einem Kraftstoffvorratsbehälter verbunden, aus dem Kraftstoff angesaugt wird, und die Drucköffnung 66 ist mit der Saugseite der Hochdruckpumpe 10 verbunden.

Im Lagerzapfen 60 kann eine quer, beispielsweise etwa senkrecht zwischen der Drehachse 63 des Zahnrads 62 und der Drehachse 17 des Zahnrings 44 verlaufende Sackbohrung 68 eingebracht sein. In der Sackbohrung 68 ist eine vorgespannte Druckfeder 70 angeordnet, die beispielsweise als Schraubendruckfeder ausgebildet ist und die sich über ein Stützelement 71 am Zahnrad 62 abstützt. Durch die Druckfeder 70 wird das Zahnrad 62 zum Zahnring 44 hin gedrückt, so dass ein radiales Spiel zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 gering gehalten wird, vorzugsweise zumindest annähernd zu Null wird. Das Stützelement 71 kann beispielsweise als Kugel oder als konvex zum Zahnrad 62 hin gewölbte Scheibe ausgebildet sein. Der Innendurchmesser des Zahnrads 62 kann etwas größer sein als der Durchmesser des Lagerzapfens 60, so dass das Zahnrad 62 auf dem Lagerzapfen 60 in radialer Richtung bewegbar ist.

Nachfolgend wird die Funktion der Pumpenanordnung erläutert.

Die Antriebswelle 16 der Hochdruckpumpe 10 wird mechanisch, beispielsweise über einen Riemen oder ein Getriebe durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Wenn die Antriebswelle 16 rotiert, so wird durch die Niederdruckpumpe 12 Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter angesaugt und zur Saugseite der Pumpenelemente 18 der Hochdruckpumpe 10 gefördert. Durch die Pumpenelemente 18 der Hochdruckpumpe 10

wird dann Kraftstoff unter Hochdruck in den Speicher gefördert.

Zu Beginn der Kraftstofförderung durch die Niederdruckpumpe 12 herrscht in der Pumpenkammer 64 ein geringer Druck. Das Zahnrad 62 wird dabei durch die Druckfeder 70 zum Zahnring 44 hin gedrückt, so dass zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 kein oder nur ein sehr geringes radiales Spiel vorhanden ist. Dadurch ergibt sich ein sehr geringe Leckage und dadurch ein hoher Wirkungsgrad der Niederdruckpumpe 12.

Wenn der Druck in der Pumpenkammer 64 beim weiteren Betrieb der Niederdruckpumpe 12 ansteigt, so ergibt sich auf das Zahnrad 62 durch den Druck eine der Druckfeder 70 entgegen wirkende Kraft, so dass sich ein größeres radiales Spiel zwischen dem Zahnrad 62 und dem Zahnring 44 einstellen kann.

Zu Beginn der Kraftstofförderung durch die Niederdruckpumpe 12 werden außerdem aufgrund des geringes Druckes in der Pumpenkammer 64 der Zahnring 44 und das Zahnrad 62 durch die Druckfeder 51 über die Platte 52 gegen die Stirnseite des Deckels 56 gepresst. Durch die Platte 52 und den Deckel 56 wird dabei die Pumpenkammer 64 in Richtung der Drehachsen 17 bzw. 63 abgedichtet. Wenn der Druck in der Pumpenkammer 64 so hoch ist, dass dieser auf die Platte 52 eine größere Kraft ausübt als die Druckfeder 51, so hebt die Platte 52 von den Stirnseiten des Zahnrings 44 und des Zahnrads 62 ab.

In diesem Fall ergibt sich eine gezielte Leckage aus der Pumpenkammer 64, so daß der Druck in der Pumpenkammer 64 nicht weiter ansteigt. Der aus der Pumpenkammer 64 dabei in die Sackbohrung 42 abströmende Kraftstoff wird in einen Entlastungsbereich abgeführt. Als Entlastungsbereich kann die Saugseite der Niederdruckpumpe 12 dienen, insbesondere wenn die Hochdruckpumpe 10 ölgeschmiert ist. Alternativ kann als Entlastungsbereich auch das Innere des Gehäuses 14 dienen, in dem die Antriebswelle 16 angeordnet ist, wodurch eine Schmierung der Antriebswelle 16 und der Nocken 20 sowie

der Laufrollen 27 bei einer kraftstoffgeschmierten Hochdruckpumpe 10 ermöglicht wird. Es kann dabei eine Bohrung 72 in der Antriebswelle 16 vorgesehen sein, die die Sackbohrung 42 mit dem Inneren des Gehäuses 14 verbindet.