Titel

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 212 302 Al bekannt. Diese Pumpe weist mehrere Pumpenelemente auf, die jeweils einen in einer Hubbewegung angetriebenen Pumpenkolben aufweisen, die jeweils einen Pumpenarbeitsraum begrenzen. Jedes

Pumpenelement weist ein elektrisch betätigbares Einlassventil auf, durch das beim Saughub des jeweiligen Pumpenkolbens Fluid in den jeweiligen

Pumpenarbeitsraum angesaugt wird und das durch eine elektronische

Steuereinrichtung angesteuert wird. Beim Förderhub des jeweiligen

Pumpenkolbens wird durch die Steuereinrichtung ein Schließen des jeweiligen Einlassventils bewirkt, wenn eine Förderung erfolgen soll bzw. ein Öffnen des Einlassventils bewirkt, wenn keine Förderung durch den Pumpenkolben erfolgen soll. Wenn das Einlassventil beim Förderhub des Pumpenkolbens geöffnet ist so wird durch den Pumpenkolben Fluid drucklos in den Zulauf der Pumpe zurückgefördert. Wenn das Einlassventil beim Förderhub des Pumpenkolbens geschlossen ist wird im Pumpenarbeitsraum Druck aufgebaut und durch den Pumpenkolben wird Fluid unter Hochdruck verdrängt, beispielsweise in einen Fluidspeicher. Durch Variation der Schließdauer des Einlassventils während des Förderhubs des Pumpenkolbens kann durch die Steuereinrichtung die durch den Pumpenkolben während des Förderhubs geförderte Fluidmenge variiert werden. Je länger das Einlassventil während des Förderhubs des Pumpenkolbens geschlossen ist desto größer ist die Fördermenge des Pumpenelements. Je nach Fördermengenbedarf der Pumpe können nur ein oder mehrere Pumpenelemente für die Förderung genutzt werden, indem bei den nicht genutzten Pumpenelementen die Einlassventile durch die Steuereinrichtung bewirkt dauerhaft geöffnet sind. Die Durchmesser der Pumpenkolben der

Pumpenelemente sind bei der bekannten Pumpe gleich groß ausgebildet. Das geometrische Fördervolumen ist dadurch bei allen Pumpenelementen gleich. Das gesamte Fördervolumen der Pumpe, das durch den Durchmesser der

Pumpenkolben und deren Hub bestimmt ist, ist entsprechend dem maximalen Fördermengenbedarf ausgelegt. Wenn für die Förderung nur ein Teil der Pumpenelemente genutzt wird kann zwar die Belastung des Antriebs der Pumpe verringert werden, jedoch ist die Belastung des Antriebs gleich egal welches der Pumpenelemente für die Förderung genutzt wird. In vielen Betriebsbereichen der Pumpe wird nicht die maximale Fördermenge benötigt, so dass nur eines der Pumpenelemente für die Förderung genutzt zu werden braucht. Bei der bekannten Pumpe ist die Flexibilität hinsichtlich des genutzten Fördervolumens und die Möglichkeit einer Reduzierung der Belastung des Antriebs der Pumpe begrenzt.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pumpe mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die unterschiedlichen Durchmesser der Pumpenkolben eine vergrößerte Flexibilität für das genutzte Fördervolumen vorhanden ist, da entweder nur das Pumpenelement mit dem im Durchmesser kleinen Pumpenkolben oder nur das Pumpenelement mit dem im Durchmesser größeren Pumpenkolben oder alle Pumpenelemente für die Förderung genutzt werden können. Außerdem kann die Belastung des Antriebs der Pumpe weiter verringert werden.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Pumpe angegeben. Die Ausbildung gemäß Anspruch 3 ermöglicht eine Anpassung der Fördermenge der Pumpe an einen geringen bis mittleren Fördermengenbedarf und dabei eine weitere Entlastung des Antriebs der Pumpe, wenn in Teilen des Betriebsbereichs der Pumpe nur das Pumpenelement mit dem im Durchmesser kleinen Pumpenkolben für die Förderung genutzt wird. Durch den kleineren Durchmesser weist der Pumpenkolben eine geringere Masse auf, was zu einer entsprechenden

Verringerung der Belastung des Antriebs führt. Die Ausbildung gemäß Anspruch 4 ermöglicht eine Anpassung der Fördermenge an einen erhöhten

Fördermengenbedarf, wobei hier nur ein Pumpenelement für die Förderung genutzt zu werden braucht, was weiterhin eine Entlastung des Antriebs der Pumpe ermöglicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Pumpe in vereinfachter Darstellung in einem Quer und Figur 2 ein Diagramm, in dem ein Fördermengenbedarf M der Pumpe über der Last L einer Brennkraftmaschine dargestellt ist.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Figur 1 ist eine Pumpe dargestellt, die insbesondere eine

Kraftstoffhochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung einer

Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist. Die Pumpe weist mehrere, beispielsweise zwei Pumpenelemente 10 und 12 auf, die wiederum jeweils einen Pumpenkolben 14 bzw. 16 aufweisen, die in einer Hubbewegung angetrieben werden. Die Pumpenkolben 14, 16 können beispielsweise durch eine

Antriebswelle 18 angetrieben werden, die wenigstens einen Exzenter oder Nocken 20 aufweist, an dem sich die Pumpenkolben 14, 16 zumindest mittelbar abstützen. Die Antriebswelle 18 kann Teil der Pumpe sein oder alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Pumpe keine eigene Antriebswelle aufweist und die Antriebswelle 18 Teil der Brennkraftmaschine ist. Die Antriebswelle 18 kann eine Welle der Brennkraftmaschine sein durch die auch die Gaswechselventile der Brennkraftmaschine betätigt werden. Die Pumpenkolben 14, 16 stützen sich über jeweils ein Stützelement 19, beispielsweise in Form eines Rollenstößels, am Nocken 20 ab. Es kann vorgesehen sein, dass für beide Pumpenelemente 10, 12 ein gemeinsamer Nocken 20 genutzt wird, wobei die Pumpenelemente 10, 12 in Umfangsrichtung um den Nocken 20 versetzt angeordnet sind wie dies in Figur 1 dargestellt ist. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass für jedes

Pumpenelement 10, 12 ein separater Nocken 20 vorhanden ist, wobei die beiden Nocken 20 und die Pumpenelemente 10, 12 dann in Richtung der Längsachse der Antriebswelle 18 zueinander versetzt angeordnet sind. Weiterhin alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Pumpenkolben 14, 16 beispielsweise durch einen elektrischen Antrieb in der Hubbewegung bewegt werden.

Die Pumpenkolben 14, 16 sind jeweils in einer Zylinderbohrung 22 bzw. 24 jeweils eines Gehäuseteils 26 bzw. 28 der Pumpe dicht geführt. Mit seinem der Antriebswelle 18 abgewandten Ende begrenzt jeder Pumpenkolben 14, 16 in der jeweiligen Zylinderbohrung 22, 24 jeweils einen Pumpenarbeitsraum 30, 32.

Jeder Pumpenarbeitsraum 30, 32 weist über ein Einlassventil 34, 36 eine

Verbindung mit einem beispielsweise von einer Förderpumpe herführenden Zulauf 38 auf, über den die Pumpenarbeitsräume 30, 32 beim radial nach innen zur Drehachse 15 der Antriebswelle 14 gerichteten Saughub des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 mit Kraftstoff befüllt werden. Die Pumpenarbeitsräume 30, 32 weisen außerdem über jeweils ein aus diesen heraus öffnendes

Auslassrückschlagventil 40, 42 eine Verbindung mit einem Ablauf 44 auf, der beispielsweise zu einem Kraftstoffhochdruckspeicher 46 führt und über den beim radial nach außen von der Drehachse 15 der Antriebswelle 14 weg gerichteten Förderhub der Pumpenkolben 12, 14 Kraftstoff aus den Pumpenarbeitsräumen 30, 32 verdrängt werden kann.

Die Einlassventile 34, 36 sind elektrisch betätigbar, beispielsweise über jeweils einen elektromagnetischen Aktor 48, 50, der von einer elektronischen

Steuereinrichtung 52 angesteuert wird. Es ist dabei vorgesehen, dass die

Einlassventile 34, 36 geöffnet sind, wenn deren Aktor 48, 50 durch die

Steuereinrichtung 52 nicht angesteuert, also nicht bestromt ist. Die Öffnung der Einlassventile 34, 36 kann beispielsweise durch ein Federelement bewirkt werden. Während des Saughubs des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 ist das jeweilige Einlassventil 34, 36 geöffnet, so dass Kraft in den jeweiligen

Pumpenarbeitsraum 30, 32 einströmen kann. Beim Förderhub des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 ist eine Hochdruckförderung in den Hochdruckspeicher 46 nur möglich wenn das jeweilige Einlassventil 34, 36 geschlossen ist. Wenn das jeweilige Einlassventil 34, 36 geöffnet ist, so wird durch den jeweiligen Pumpenkolben 14, 16 Kraftstoff aus dem jeweiligen Pumpenarbeitsraum 30, 32 in den Zulauf 38 zurückgefördert. Um das jeweilige Einlassventil 34, 36 während des Förderhubs des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 zu schließen muss der jeweilige Aktor 48, 50 durch die Steuereinrichtung 52 angesteuert, also bestromt werden.

Durch die Schließ- bzw. Öffnungsdauer der Einlassventile 34, 36 während des Förderhubs des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 kann die von der Pumpe in den Kraftstoffhochdruckspeicher 46 geförderte Kraftstoffmenge beeinflusst werden. Je länger die Schließdauer der Einlassventile 34, 36 ist desto größer ist die Fördermenge und je kürzer die Schließdauer der Einlassventile 34, 36 ist desto geringer ist die Fördermenge. Wenn durch eines der Pumpenelemente 10, 12 keine Förderung in den Kraftstoffhochdruckspeicher 46 erfolgen soll, so wird der Aktor 48, 50 des jeweiligen Einlassventils 34, 36 während des gesamten Förderhubs des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 durch die Steuereinrichtung 46 nicht angesteuert, also nicht bestromt, so dass das jeweilige Einlassventil 34, 36 geöffnet bleibt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Durchmesser dl des Pumpenkolbens 14 des ersten Pumpenelements 10 kleiner ist als der Durchmesser d2 des zweiten Pumpenelements 12. Die geometrische oder maximale Fördermenge des jeweiligen Pumpenelements 10, 12 ergibt sich aus dem Durchmesser des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16 und dem Hub des jeweiligen Pumpenkolbens 14, 16. Die maximale Fördermenge des ersten Pumpenelements 10 ist somit kleiner als die maximale Fördermenge des zweiten Pumpenelements 12. Die Masse des ersten Pumpenkolbens 14 ist aufgrund von dessen kleinerem

Durchmesser gegenüber der Masse des zweiten Pumpenkolbens 16 geringer. Entsprechend ist auch die Belastung des Antriebs der Pumpe geringer wenn nur der erste Pumpenkolben 14 für die Förderung genutzt wird. Wenn nur der zweite Pumpenkolben 16 für die Förderung genutzt wird ist die Belastung des Antriebs der Pumpe auch noch geringer gegenüber als bei einer Nutzung beider

Pumpenkolben 14, 16 für die Förderung. Bei dem nicht für die Förderung genutzten Pumpenkolben 14 bzw. 16 rollt dessen Rollenstößel 19 ohne

Belastung auf dem Nocken 20 ab, wodurch sowohl der Nocken 20 als auch der jeweilige Rollenstößel 19 nur gering belastet werden. In Figur 2 ist ein Diagramm dargestellt, in dem die erforderliche Fördermenge M der Pumpe in Abhängigkeit von der Last L der Brennkraftmaschine dargestellt ist. Mit zunehmender Last L der Brennkraftmaschine muss eine größere

Kraftstoffmenge in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt werden, die aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher 46 entnommen wird. Somit ist mit zunehmender Last L der Brennkraftmaschine eine größere Fördermenge M der Pumpe in den Kraftstoffhochdruckspeicher 46 erforderlich. Die erforderliche Fördermenge M der Pumpe kann beispielsweise etwa linear mit der Last L der Brennkraftmaschine zunehmen. In Figur 2 ist ein Bereich A mit geringer bis mittlerer Last der Brennkraftmaschine markiert, in dem entsprechend nur eine geringe bis mittlere Fördermenge der Pumpe bezogen auf deren maximale Fördermenge erforderlich ist. Erfindungsgemäß wird in diesem Betriebsbereich A der Pumpe nur das erste Pumpenelement 10 zur Förderung von Kraftstoff in den Kraftstoffhochd ruckspeicher 46 genutzt. Der Aktor 48 des ersten Einlassventils 34 wird durch die Steuereinrichtung 52 so angesteuert, dass durch den ersten Pumpenkolben 14 die erforderliche Kraftstoff menge in den

Kraftstoffhochdruckspeicher 46 gefördert wird. Der Aktor 50 des zweiten

Einlassventils 36 wird somit in diesem Betriebsbereich A der Pumpe durch die Steuereinrichtung 52 während des Förderhubs des zweiten Pumpenkolbens 16 nicht angesteuert, also nicht bestromt, so dass das Einlassventil 36 geöffnet bleibt und der Pumpenkolben 16 keinen Kraftstoff in den Kraftstoffhochdruckspeicher 46 fördert.

In Figur 2 ist ein Bereich B mit höherer jedoch nicht maximaler Last der

Brennkraftmaschine markiert, in dem entsprechend eine höhere Fördermenge der Pumpe jedoch nicht deren maximale Fördermenge erforderlich ist.

Erfindungsgemäß wird in diesem Betriebsbereich B der Pumpe nur das zweite Pumpenelement 12 zur Förderung von Kraftstoff in den

Kraftstoffhochd ruckspeicher 46 genutzt. Der Aktor 50 des zweiten Einlassventils 36 wird durch die Steuereinrichtung 52 so angesteuert, dass durch den zweiten Pumpenkolben 16 die erforderliche Kraftstoff menge in den

Kraftstoffhochdruckspeicher 46 gefördert wird. Der Aktor 48 des ersten

Einlassventils 34 wird somit in diesem Betriebsbereich B der Pumpe durch die Steuereinrichtung 52 während des Förderhubs des ersten Pumpenkolbens 14 nicht angesteuert, also nicht bestromt, so dass das erste Einlassventil 34 geöffnet bleibt und der erste Pumpenkolben 14 keinen Kraftstoff in den

Kraftstoffhochdruckspeicher 46 fördert. In Figur 2 ist ein Bereich C mit hoher bis maximaler Last der Brennkraftmaschine markiert, in dem entsprechend nur eine hohe bis maximale Fördermenge der Pumpe erforderlich ist. Erfindungsgemäß werden in diesem Betriebsbereich C der Pumpe sowohl das erste Pumpenelement 10 als auch das zweite

Pumpenelement 12 zur Förderung von Kraftstoff in den

Kraftstoffhochdruckspeicher 46 genutzt. Die Aktoren 48, 50 der beiden

Einlassventile 34, 36 der beiden Pumpenelemente 10, 12 werden somit in diesem Betriebsbereich C der Pumpe durch die Steuereinrichtung 52 während des Förderhubs der Pumpenkolben 14, 16 so angesteuert, dass durch die

Pumpenkolben 14, 16 die erforderliche Kraftstoff menge in den

Kraftstoffhochdruckspeicher 46 gefördert wird. Bei maximalem

Fördermengenbedarf werden die Aktoren 48, 50 der beiden Einlassventile 34, 36 durch die Steuereinrichtung 52 so angesteuert, dass die Einlassventile 34, 36 während des gesamten Förderhubs der Pumpenkolben 14, 16 geschlossen sind.