Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Pumpe, insbesondere Kraftstoffhochdruckpumpe, nach der Gattung des Anspruchs 1.

Eine solche Pumpe in Form einer Kraftstoffhochdruckpumpe ist durch die

DE 10 2013 206 025 AI bekannt. Diese Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement auf, das einen durch eine Antriebswelle mit wenigstens einem Nocken in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist. Der Pumpenkolben begrenzt einen Pumpenarbeitsraum, der beim Saughub des Pumpenkolbens über ein Einlassventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Der Nocken der Antriebswelle ist als Mehrfachnocken in Form eines Doppelnockens ausgebildet und weist entsprechend zwei Nockenförderbereiche auf. Außerdem sind zwei Nocken in Richtung der Drehachse der Antriebswelle nebeneinander angeordnet. Die Nockenförderbereiche sind dabei hinsichtlich ihres Nockenprofils alle gleich ausgebildet, weisen also gleiche Nockenhübe und Nockensteigungen sowie gleiche Lage der oberen Totpunkte bezüglich des Drehwinkels der Antriebswelle auf. Für die Kraftstoffhochdruckförderung werden alle Nockenförderbereiche genutzt, so dass hier keine Flexibilität vorhanden ist. Durch die DE 196 44 915 AI ist außerdem eine Kraftstoffhochdruckpumpe bekannt, die ein Pumpenelement mit einem durch eine Antriebswelle mit einem Nocken in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweist. Das Einlassventil des Pumpenelements ist dabei elektrisch betätigbar, um eine Variation der Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe zu ermöglichen. Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die unterschiedlichen Nockenprofile der Nockenförderbereiche eine Flexibilität in der Kraftstoffhochdruckförderung ermöglicht ist. Es können dabei beispielsweise abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, beispielsweise Last oder Drehzahl, verschiedene Nockenprofile und verschiedene Kombinationen von Nockenprofilen für die Förderung genutzt werden. Beispielsweise kann eines der Nockenprofile für einen geringen Fördermengenbedarf ausgelegt sein und ein anderes Nockenprofil für einen hohen Fördermengenbedarf.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. In den Ansprüchen 2 bis 4 sind verschiedene Möglichkeiten der unterschiedlichen Ausbildung der Nockenprofile angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, dass durch das elektrisch betätigte Einlassventil auf einfache Weise bestimmt werden kann welche Nockenförderbereiche für die Förderung genutzt werden und es können beliebige Teile und beliebige Kombinationen von Nockenförderbereichen genutzt werden.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ausschnittsweise eine Pumpe in einem Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, die Figuren 2 bis 4 in vergrößerter Darstellung einen Nocken der Pumpe mit unterschiedlichen für die Förderung genutzten Nockenförderbereichen, Figur 5 eine Pumpe in einem Längsschnitt gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Figur 6 einander gegenübergestellt zwei Nocken der Pumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel mit unterschiedlichen Nockenförderbereichen. Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist in vereinfachter Darstellung ausschnittsweise eine Pumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt, die vorzugsweise eine Kraftstoffhoch- druckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine ist.

Die Pumpe weist wenigstens ein Pumpenelement 10 auf, das wiederum einen Pumpenkolben 12 aufweist, der zumindest mittelbar durch eine Antriebswelle 14 in einer Hubbewegung angetrieben wird. Die Antriebswelle 14 weist einen Nocken 16 auf, über den die Drehbewegung der Antriebswelle 14 in die Hubbewe- gung des Pumpenkolbens 12 umgesetzt wird. Der Pumpenkolben 12 stützt sich über einen Stößel 18 am Nocken 16 der Antriebswelle 14 ab. Es können mehrere über den Umfang der Antriebswelle 14 verteilt angeordnete Pumpenelemente 10 vorgesehen sein, deren Pumpenkolben 12 durch denselben Nocken 16 angetrieben werden.

Das Pumpenelement 10 weist ein Gehäuse 20 auf, in dem in einer Zylinderbohrung 22 der Pumpenkolben 12 dicht geführt ist, wobei das Gehäuseteil 20 nachfolgend als Zylinderkopf bezeichnet wird. Mit seinem der Antriebswelle 14 abgewandten Ende begrenzt der Pumpenkolben 12 in der Zylinderbohrung 22 einen Pumpenarbeitsraum 24. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist über ein Einlassventil

26 eine Verbindung mit einem Zulauf 28 auf, über den der Pumpenarbeitsraum 24 beim radial nach innen zur Antriebseinrichtung 14 gerichteten Saughub des Pumpenkolbens 12 mit Kraftstoff befüllt wird. Der Pumpenarbeitsraum 24 weist außerdem über ein Auslassventil 30, das beispielsweise ein aus dem Pumpenar- beitsraum 24 heraus öffnendes Auslassrückschlagventil ist, eine Verbindung mit einem Ablauf 32 auf, der zu einem Hochdruckspeicher 34 führen kann und über den beim radial nach außen von der Antriebseinrichtung 14 weg gerichteten Förderhub des Pumpenkolbens 12 Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 24 verdrängt wird.

Der Nocken 16 der Antriebswelle 14 ist als Mehrfachnocken ausgebildet, beispielsweise als Doppelnocken. Der Doppelnocken 16 weist in Umfangsrichtung zwei zueinander versetzte Nockenförderbereiche 16a und 16b auf, die jeweils mit einem definierten Nockenprofil versehen sind. Die Nockenförderbereiche 16a,16b sind die Bereiche des Doppelnockens 16, in denen ein von der Antriebswelle 14 weggerichteter Förderhub des Pumpenkolbens 12 bewirkt wird, in dem dieser Kraftstoff aus dem Pumpenarbeitsraum 24 verdrängt. Zwischen den Nockenförderbereichen 16a, 16b sind am Doppelnocken Nockensaugbereiche 16c, 16d ausgebildet, in denen durch eine Rückstellfeder 19 ein zur Antriebswelle 14 hin gerichteter Saughub des Pumpenkolbens 12 erfolgt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die beiden Nockenförderbereiche 16a und 16b des Doppelnockens 16 in ihrem Nockenprofil unterschiedlich ausgebildet sind. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die Nockenprofile der Nockenförderbereiche 16a, 16b unterschiedliche Nockenhübe hl und h2 aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können die Nockenprofile der Nockenförderbereiche 16a, 16b unterschiedliche Nockensteigungen aufweisen. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass die Lage des oberen Totpunkts OT1 und OT2 der Nockenprofile der Nockenförderbereiche 16a, 16b bezüglich des Drehwinkels der Antriebswelle 14 unterschiedlich ist. Die Drehrichtung der Antriebswelle 14 ist in den Figuren 2 bis 4 durch einen Pfeil verdeutlicht. Beispielsweise weist das Nockenprofil des ersten Nockenförderbereichs 16a einen kleinen Nockenhub hl auf, mit einer entsprechend kleinen Nockensteigung und der obere Totpunkt OT1, also die höchste Nockenerhebung, liegt in einem Bereich eines Drehwinkels od der Antriebswelle 14 von etwa 100° ausgehend vom unteren Totpunkt UT1 bei 0° Drehwinkel der Antriebswelle 14. Das Nockenprofil des zweiten Nockenförderbereichs 16b weist einen großen Nockenhub h2 auf, mit einer entsprechend großen Nockensteigung. Der obere Totpunkt OT2 liegt in einem Bereich des Drehwinkels a2 der Antriebswelle 14 von etwa 90° ausgehend vom unteren Totpunkt UT2 bei 0° Drehwinkel der Antriebswelle 14.

Das Einlassventil 26 ist elektrisch betätigbar, beispielsweise mittels eines elektromagnetischen Aktors 40. Der Aktor 40 wird von einer elektronischen Steuereinrichtung 46 angesteuert. Durch die Steuereinrichtung 46 wird mittels Sensoren die für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine erforderliche Fördermenge der Kraftstoffhochdruckpumpe ermittelt und entsprechend der Aktor 40 angesteuert. Das Einlassventil 26 weist ein Ventilglied 42 auf, das mit einem Ventilsitz 44 zusammenwirkt. Während des Saughubs des Pumpenkolbens 12 ist das Einlassventil 26 geöffnet, so dass Kraftstoff aus dem Zulauf 28 in den Pumpenar- beitsraum 24 strömt und dieser befüllt wird. Es kann vorgesehen sein, das das Einlassventil 26 während des Saughubs ohne Betätigung des Aktors 40 nur infolge der Druckdifferenz zwischen dem Zulauf und dem Pumpenarbeitsraum 24 geöffnet ist. Durch Betätigung des Aktors 40 kann das Einlassventil 26 auch während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 geöffnet werden. Wenn das Einlassventil während des Förderhubs des Pumpenkolbens 12 geöffnet ist, so wird durch den Pumpenkolben 12 kein Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 34 gefördert sondern in den Zulauf 28 zurückgefördert. Mittels des Aktors 40 kann das Einlassventil 26 gegen den im Pumpenarbeitsraum 24 herrschenden Druck geöffnet werden.

Abhängig vom Fördermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe werden durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 40 des Einlassventils 26 nur einer der Nockenförderbereiche 16a, 16b oder beide Nockenförderbereiche 16a, 16b für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt. Wenn durch die Kraftstoffhochdruckpumpe nur eine geringe Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher 34 gefördert werden soll, beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmaschine ohne Belastung, so wird nur der erste Nockenförderbereich 16a für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt. Das Einlassventil 26 ist dabei nur geschlossen wenn sich der Pumpenkolben 12 in dem durch den ersten Nockenförderbereich 16a bewirkten Förderhubs befindet. Das Einlassventil 26 ist abhängig vom Fördermengenbedarf während des gesamten ersten Nockenförderbereichs 16a oder nur während eines Teils des ersten Nockenförderbereichs 16a geschlossen. Wenn sich der Pumpenkolben 12 in seinem durch den zweiten Nockenförderbereich 16b bewirkten Förderhub befindet so bleibt das Einlassventil 26 ständig geöffnet, so dass keine Förderung von Kraftstoff in den Hochdruckspeicher 34 erfolgt. In Figur 2 ist der für die Kraftstoffförderung genutzte Teil des ersten Nockenförderbereichs 16a mit A bezeichnet. Durch die Nutzung nur des ersten Nockenförderbereichs 16a bei geringer Last der Brennkraftmaschine kann die Geräuschentwicklung der Kraftstoffhochdruckpumpe in diesem Lastbereich gering gehalten werden und die Belastung der Bauteile der Kraftstoffhochdruckpumpe, wie der Antriebswelle 14 und dem Stößel 18, kann ebenfalls gering gehalten werden. Außerdem ist nur ein geringes Drehmoment zum Antrieb der Antriebswelle 14 der Kraftstoffhochdruckpumpe erforderlich. Hierdurch werden die für den Antrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe erforderlichen Komponenten der Brennkraftmaschine entlastet und auch andere Komponenten, die im gleichen Antriebsstrang wie die Kraftstoffhochdruckpumpe angeordnet sind.

Wenn der Fördermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe höher ist, bei- spielsweise bei Teillast der Brennkraftmaschine, so wird nicht nur der erste Nockenförderbereich 16a für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt sondern auch der zweite Nockenförderbereich 16b. Hierbei kann beispielsweise der gesamte erste Nockenförderbereich 16a genutzt werden, indem das Einlassventil 26 geschlossen bleibt. Außerdem wird ein Teil des zweiten Nockenförderbereichs 16b genutzt, indem das Einlassventil 26 während eines Teils des durch den zweiten

Nockenförderbereich 16b bewirkten Förderhubs des Pumpenkolbens 12 geschlossen bleibt. In Figur 3 sind die für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzten Teile der Nockenförderbereiche 16a, 16b mit B bezeichnet. Wenn der Fördermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe hoch ist, beispielsweise bei Volllast der Brennkraftmaschine, so werden beide Nockenförderbereiche 16a, 16b über ihre gesamte Erstreckung für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt. Das Einlassventil 26 ist dabei während des gesamten durch die Nockenförderbereiche 16a, 16b bewirkten Förderhubs des Pumpenkolbens 12 geschlossen. In Figur 4 sind die für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzten

Teile der Nockenförderbereiche 16a, 16b mit C bezeichnet.

Durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 40 des Einlassventils 26 können beliebige Kombinationen der Nockenförderbereiche 16a, 16b und beliebige Teile der Nockenförderbereiche 16a, 16b zur Kraftstoffhochdruckförderung genutzt werden. Es kann vorgesehen sein, dass nur ein Pumpenelement 10 durch den Mehrfachnocken 16 betätigt wird. Alternativ können auch mehrere über den Umfang des Mehrfachnockens 16 verteilt angeordnete Pumpenelemente 10 vorgesehen sein, die durch den Mehrfachnocken 16 betätigt werden. Hierbei können für die Kraftstoffhochdruckförderung der Pumpenelemente 10 dieselben Nockenförderbereiche 16a, 16b oder unterschiedliche Nockenförderbereiche 16a, 16b für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt werden.

In Figur 5 ist die Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einem zweiten Ausführungs- beispiel dargestellt, bei dem wenigstens zwei Pumpenelemente 10a,10b vorge- sehen sind, die in Richtung der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 zueinander versetzt angeordnet sind und die durch jeweils einen Nocken 160 der Antriebswelle 14 betätigt werden. Jedes Pumpenelement 10a, 10b weist ein Einlassventil 26 auf, das mittels eines elektrischen Aktors 40 geöffnet werden kann. Die beiden Nocken 160 sind entsprechend den Pumpenelementen 10a, 10b in Richtung der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 zueinander versetzt angeordnet. Die beiden Nocken 160 sind in Figur 6 im Querschnitt dargestellt und einander gegenübergestellt obwohl diese wie vorstehend erläutert in Richtung der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 nebeneinander angeordnet sind. Die beiden Nocken 160 sind als Einfachnocken ausgebildet und weisen jeweils einen Nockenförderbereich 160a, 160b sowie jeweils einen Nockensaugbereich 160c, 160d auf. Die Nockenprofile der beiden Nockenförderbereiche 160a, 160b sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildet. Beispielsweise weist das Nockenprofil des in Figur 6 links dargestellten ersten Nockenförderbereichs 160a einen kleinen Nockenhub hl, eine geringe Nockensteigung und einen oberen Totpunkt OT1 auf, der bezüglich des Drehwinkels od der Antriebswelle 14 spät im Bereich von etwa 100° liegt. Das Nockenprofil des in Figur 6 rechts dargestellten zweiten Nockenförderbereichs 160b weist einen großen Nockenhub h2, eine große Nockensteigung und einen oberen Totpunkt OT2 auf, der bezüglich des Drehwinkels a2 der Antriebswelle 14 früh im Bereich von etwa 90° liegt.

Abhängig vom Fördermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe werden durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 40 der Einlassventile 26 der beiden Pumpenelemente 10a, 10b nur einer der Nockenförderbereiche 160a, 160b, und damit nur ein Pumpenelement 10a, oder beide Nockenförderbereiche 160a,

160b, und damit beide Pumpenelemente 10a und 10b, für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt. Bei geringem Fördermengenbedarf wird nur ein Teil des ersten Nockenförderbereichs 160a des ersten Pumpenelements 10a genutzt, indem das Einlassventil 26 dieses Pumpenelements 10a während des durch den ersten Nockenförderbereich 160a bewirkten Förderhubs des zugehörigen Pumpenkolbens 12 geschlossen bleibt. Das zweite Pumpenelement 10b ist an der Kraftstoffhochdruckförderung nicht beteiligt, indem dessen Einlassventil 26 während des gesamten durch den zweiten Nockenförderbereich 160b bewirkten Förderhubs des zugehörigen Pumpenkolbens 12 geöffnet wird. Bei höherem För- dermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe wird zusätzlich ein Teil des zweiten Nockenförderbereichs 160b und damit auch das zweite Pumpenelement 10b für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt, indem das Einlassventil 26 des zweiten Pumpenelements 10b während eines Teils des durch den zweiten Nockenförderbereich 160b bewirkten Förderhubs des zugehörigen Pumpenkolbens 12 geschlossen ist. Bei hohem Fördermengenbedarf der Kraftstoffhochdruckpumpe sind die Einlassventile 26 beider Pumpenelemente 10a, 10b während des gesamten durch die Nockenförderbereiche 160a, 160b bewirkten Förderhübe der zugehörigen Pumpenkolben 12 geschlossen. Auch bei der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass die Nocken 160 nicht als Einfachnocken sondern als Mehrfachnocken ausgebildet sind.

Durch entsprechende Ansteuerung des Aktors 40 des Einlassventils 26 des we- nigstens einen Pumpenelements 10 bei der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel bzw. der Aktoren 40 der Einlassventile 26 der Pumpenelemente 10a,10b bei der Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel können beliebige Kombinationen von Nockenförderbereichen 60a,60 bzw. 160a, 160b für die Kraftstoffhochdruckförderung genutzt wer- den. Es ist hierbei auch möglich durch abwechselnde Nutzung verschiedener Nockenförderbereiche die Belastung der Nockenförderbereiche gleichmäßig zu verteilen, dass also alle Nockenförderbereiche zumindest annähernd gleich oft genutzt werden. Auch die Anzahl der Schaltvorgänge der Einlassventile 26 kann reduziert bzw. gleichmäßig verteilt werden, wenn einzelne Einlassventile 26 nicht in jedem Nockenförderbereich angesteuert werden. Die Nutzung der Nockenförderbereiche 16a, 16b bzw. 160a, 160b zur Kraftstoffhochdruckförderung kann auch hinsichtlich des erforderlichen Antriebsmoments der Kraftstoffhochdruckpumpe bei verschiedenen Lastzuständen der Brennkraftmaschine optimiert werden. Es ist auch möglich eine einzige Ausführung der Kraftstoffhochdruckpumpe für unterschiedliche Leistungsanforderungen zu verwenden, indem bei einem Mehrfachnocken, beispielsweise einem Doppelnocken oder einem Vierfachnocken, für niedrige Leistungsanforderungen nur ein oder zwei der Nockenförderbereiche genutzt werden, und für hohe Leistungsanforderungen alle zwei oder vier No- ckenförderbereiche genutzt werden. Hierdurch kann die Varianz von Antriebswel- len und Pumpentypen reduziert und dadurch eine Kosteneinsparung erzielt werden.