DE19906839A1 - Kraftstoffpumpe - Google Patents

Abstract

Offenbart ist eine Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor, bei der ein den Kraftstoff enthaltender Raum im Pumpengehäuse über eine Dichtungsanordnung von einem die Wellenlagerung enthaltenden Raum getrennt ist. Die Kraftstoffpumpe weist einen Leckagekanal auf, über den eine Kraftstoffleckage von der Dichtungsanordnung abführbar und in einen Kühl-/Schmiermittelkreislauf des Verbrennungsmotors einspeisbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Kraftstoffpumpen werden beispielsweise als Benzinhochdruckpumpe verwendet, über die Benzin auf Drücke im Bereich von bis zu 250 bar beaufschlagbar ist. Die gat­ tungsgemäße Kraftstoffpumpe wird in der Regel von einer Welle des Verbrennungsmotors, beispielsweise der Nocken­ welle angetrieben. Problematisch bei derartigen nockenwel­ lengetriebenen Kraftstoffpumpen ist, daß der Öl- /Kühlmittelkreislauf des Verbrennungsmotors gegenüber dem die Pumpe enthaltenden Kraftstoffkreislauf abgedichtet sein muß. Im Stand der Technik sind hermetische Dichtungen be­ kannt, bei denen praktisch keinerlei Leckage auftreten kann. Derartige hermetische Dichtungsanordnungen haben je­ doch in der Regel einen komplexen Aufbau, der zu einer Ver­ teuerung der Kraftstoffpumpe führt. Zur Verringerung des konstruktiven- und fertigungstechnischen Aufwandes ist man bestrebt, nicht hermetische Dichtungsanordnungen vorzuse­ hen, bei denen die unvermeidlichen Leckagen gezielt abführ­ bar sind. Bei der Abfuhr derartiger Leckagen ist zu beach­ ten, daß eine Abgabe des Kraftstoffs an die Atmosphäre nicht zulässig ist. Systeme mit Leckagerücklauf in den Tank konnten sich aus Kosten- und Funktionsgründen nicht durch­ setzen.

In der DE 196 27 757 A1 ist eine Dichtungsanordnung für eine gattungsgemäße Kraftstoffpumpe beschrieben, bei der zwischen einer pumpen- oder kraftstoffseitigen Dichtung und einer kühl-/schmiermittelseitigen Dichtung ein Trennraum ausgebildet ist, in den die Leckage eintreten kann. Dieser Trennraum zur Aufnahme der Leckage ist mit einem Lufteinlaß des Verbrennungsmotors verbunden, so daß der in den Trenn­ raum durch die Wellendichtung eingetretene Kraftstoff nicht nach außen zur Umgebung gelangen kann, sondern vom Verbren­ nungsmotor angesaugt wird.

Eine derartige Konstruktion hat den Nachteil, daß zur Ausbildung des Trennraums und zu dessen Anbindung an den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors ein erheblicher ferti­ gungstechnischer Aufwand erforderlich ist, der die Kosten zur Herstellung des Pumpengehäuses erhöht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoffpumpe zu schaffen, bei der eine Leckage mit minimalem Aufwand abführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die Maßnahme, im Pumpengehäuse einen Leckagekanal auszubilden, über den eine Kraftstoffleckage von der Dich­ tungsanordnung direkt in den Kühl-/Schmiermittelkreislauf des Verbrennungsmotors eingespeist wird, kann der ferti­ gungstechnische Aufwand zur Abführung der Leckage gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich verringert werden. Da die Leckage bei den heutzutage eingesetzten Dichtungsanord­ nungen in der Regel sehr gering ist, wird der Kühl- /Schmiermittelkreislauf durch die Einspeisung der Leckage praktisch nicht beeinträchtigt.

Dieser Leckagekanal kann eine Doppelfunktion überneh­ men, in dem er einerseits zur Abfuhr der Kraftstoffleckage verwendet wird und andererseits, beispielsweise bei Tempe­ ratur- oder Druckschwankungen Kühl-/Schmiermittel aus dem Kreislauf des Verbrennungsmotors zur Dichtungsanordnung oder zum Lagerbereich der Antriebswelle der Kraftstoffpumpe führt, so daß deren Verschleiß verringert wird.

Der Leckagekanal wird vorzugsweise als Nut ausgebildet, die sich von der kraftstoffabgewandten Seite der Dichtungs­ anordnung in einen Raum des Kühl-/Schmiermittelkreislaufes erstreckt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel er­ streckt sich die Nut in den Nockenwellenraum des Kurbelge­ häuses. Die Kurbelgehäuseentlüftung ermöglicht es, gasför­ mige Anteile der Leckage abzuführen, so daß die Beeinträch­ tigung des Kühl-/Schmiermittelkreislaufes durch die Kraft­ stoffleckage weiter verringert ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Be­ reich der kraftstoffabgewandten Seite der Dichtungsanord­ nung ein Sammelraum zur Aufnahme der Leckage ausgebildet, von dem aus sich der vorgenannte Leckagekanal bis in den Nockenwellenraum erstreckt. Dieser Sammelraum wird vorzugs­ weise als Ringnut am Außenumfang der Welle ausgebildet.

Der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe läßt sich weiter verrin­ gern, wenn der Leckagekanal am Außenumfang eines mit der Welle des Motors in Wirkverbindung stehenden Wellenab­ schnittes ausgebildet ist. D. h., die Kanäle zum Abführen der Leckage müssen bei diesem Ausführungsbeispiel nicht - wie bei der DE 196 27 757 A1 - aufwendig im Pumpengehäuse ausgebildet werden, sondern können auf vergleichsweise ein­ fach Art durch Drehen am Außenumfang der Antriebswelle der Kraftstoffpumpe ausgebildet werden. Die Abführung der Leckage wird erleichtert, wenn die Nut als umlaufende Wen­ delnut ausgebildet ist.

Die Leckage läßt sich weiter verringern, wenn die Dich­ tungsanordnung durch eine Gleitringdichtung ausgebildet ist.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Kraftstoffpumpe als Radialkolbenpumpe mit beispielsweise 3 Pumpeinheiten ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung läßt sich sowohl bei Konstruktionen einsetzen, bei denen zwischen der Wel­ lenlagerung und dem Kühl-/Schmiermittelkreislauf eine Dich­ tung angeordnet ist, oder aber das Wellenlager direkt in den Kühl-/Schmiermittelkreislauf eingebunden ist.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher er­ läutert.

Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch eine Kraftstoffpumpe in Radialkolbenbauweise. Die Radialkolben­ pumpe 1 hat ein Pumpengehäuse 2, in dem ein nichtdarge­ stellter Druckanschluß zur Zuführung des Kraftstoffs ausge­ bildet ist. Dieser Kraftstoff wird über eine nicht darge­ stellte Vorförderpumpe auf einen Vorförderdruck von bei­ spielsweise 4 bis 5 bar gebracht. Im Pumpengehäuse 2 ist desweiteren ein Druckanschluß 4 ausgebildet, an den eine zu den Einspritzdüsen eines Verbrennungsmotors führende Lei­ tung angeschlossen ist. Der Antrieb der Radialkolbenpumpe 1 erfolgt über eine im Pumpengehäuse 2 gelagerte Exzenter­ welle 6, die über eine Kupplung 8 drehfest mit einer Noc­ kenwelle des Verbrennungsmotors verbunden ist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Radialkol­ benpumpe 1 mit drei am Außenumfang der Exzenterwelle 6 ver­ teilten Pumpeinheiten 10 ausgebildet, von denen in der Schnittdarstellung gemäß der Figur nur eine sichtbar ist. Der Aufbau der Pumpeinheiten 10 ist bereits aus dem Stand der Technik bekannt, so daß im folgenden lediglich auf die wesentlichen Bauelemente eingegangen wird.

Das Pumpengehäuse hat eine abgestufte Axialsacklochboh­ rung 9 zur Aufnahme der Exzenterwelle 6, wobei der in der Figur rechte Endabschnitt der Exzenterwelle 6 in einem Gleitlager 11 geführt ist, das seinerseits in eine Lager­ buchse 12 eingesetzt ist. Diese Lagerbuchse 12 ist in einem radial zurückgesetzten Abschnitt der Axialsacklochbohrung 9 auf genommen.

Der andere Endabschnitt der Exzenterwelle 6 ist über ein Wälzlager 14 im Pumpengehäuse 2 gelagert. Das Wälzlager stützt sich einerseits an einer Axialschulter 16 des Pum­ pengehäuses 2 und andererseits an einem im Pumpengehäuse 2 gelagerten Stützring 18 ab. Die Axialsacklochbohrung 9 mün­ det bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Raum 20 des Motorgehäuses, in dem die Nockenwelle mit der Kupplung 8 aufgenommen ist. Dieser Raum 20 ist an den Ölkreislauf des Verbrennungsmotors angeschlossen, so daß das Wälzlager 14 praktisch direkt im Ölkreislauf liegt. Bei einer alternativen Ausführungsform ist nockenwellensei­ tig eine Dichtung angeordnet, über die das Wälzlager 14 ge­ genüber dem Nockenwellenraum abgedichtet ist. Bei einer weiteren Variante kann das Wälzlager beidseitig mit Dich­ tungen und mit einer Fettfüllung versehen sein.

Der mittlere Bereich der Exzenterwelle 6 mit dem Exzen­ ter 22 ist in einem Exzenterraum 24 des Pumpengehäuses 2 angeordnet, der mit dem eingangs genannten, nicht darge­ stellten Sauganschluß verbunden ist. D. h., der Exzenterraum 24 ist bei Betrieb der Radialkolbenpumpe 1 mit Kraftstoff gefüllt, der mit dem Vorförderdruck (beispielsweise 4 bis 5 bar) beaufschlagt ist.

Auf dem Exzenter 22 der Exzenterwelle 6 ist über einen Gleitring 24 ein Exzenterring 26 gelagert, der mit drei am Außenumfang verteilten Abflachungen versehen ist, von denen jeweils eine einer der Pumpeneinheiten 10 zugeordnet ist.

Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pumpeinheit 10 mit einem stehenden, gehäusefesten Kolben 28 und einem auf dem Kolben 28 axialverschiebbar ge­ führten Zylinder 30 ausgeführt. Dieser wird über eine an einem Zylinderkopf 31 abgestützte Druckfeder 32 in Richtung auf den Exzenter 22 vorgespannt. Der Zylinder 30 liegt über einen Gleitring 34 auf der Abflachung des Exzenterrings 26 auf.

Wie aus der Figur hervorgeht, taucht der Gleitschuh 34 mit einem zapfenförmigen Vorsprung in die Zylinderbohrung 36 ein. Der Gleitschuh 34 ist desweiteren mit einer Axial­ bohrung 37 versehen, die in der Zylinderbohrung 36 mündet. Im Mündungsbereich dieser Axialbohrung des Gleitschuhs 34 ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Saugventil 38 vorgesehen, das ein Einströmen von Kraftstoff durch den Gleitschuh 34 hindurch ermöglicht, eine Rückströmung von der Zylinderbohrung 36 in die Axialbohrung des Gleitschuhs 34 jedoch verhindert. Zur Zuführung des Kraftstoffs aus dem Exzenterraum 24 in die Axialbohrung des Gleitschuhs 34 ist dieser mit Zuführnuten 40 versehen, die einerseits im Ex­ zenterraum 24 und andererseits in der Axialbohrung 37 des Gleitschuhs 34 münden. Diese Zuführnuten 40 sind in der Auflagefläche des Gleitschuhs 34 auf dem Exzenterring 26 ausgebildet.

Wie desweiteren aus der Figur hervorgeht, ist der ge­ häusefeste Kolben 28 mit einer Bohrung 42 versehen, über die die Zylinderbohrung 36 mit einem als Kugelrückschlag­ ventil ausgebildeten Druckventil 44 verbunden ist. Das Druckventil 44 läßt ein Abströmen des druckbeaufschlagten Kraftstoffes in einen Druckkanal 46 zu, während es eine Rückströmung in Gegenrichtung verhindert. Ein erster Teil­ abschnitt des Druckkanals 46 ist im Zylinderkopf 31 ausge­ bildet, während ein sich daran anschließender Abschnitt des Druckkanals 46 im Pumpengehäuse 2 ausgebildet ist und in einer Ringnut 48 mündet, die den Außenumfang der Lager­ buchse 12 umgreift. In dieser Ringnut 48 münden auch die Druckkanäle der nicht dargestellten anderen Pumpeinheiten 10. Von dieser als Sammelleitung wirkenden Ringnut 48 wird der druckbeaufschlagte Kraftstoff über einen Sammelkanal 50 zum Druckanschluß 4 geführt.

Im Pumpengehäuse 2 ist desweiteren noch ein Druckbe­ grenzungsventil 52 ausgebildet, das an den Sammelkanal 50 angeschlossen ist, und über das bei Überschreiten eines Ma­ ximaldruckes ein Bypass aufgesteuert wird, über den Kraft­ stoff zurück in den Exzenterraum 24 führbar ist.

Die Abdichtung des Wälzlagers 14 gegenüber dem Exzen­ terraum 24 erfolgt über eine Gleitringdichtung 54 bekannter Bauart. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat diese einen Gleitring 56, der über eine am Exzenter abgestützte Druck­ feder 58 gegen einen feststehenden Gegenring 60 gedrückt wird. Dieser Gegenring 60 ist über einen Abstützring 62 am Wälzlager 14 abgestützt. Die Abstützung der Druckfeder 58 am Exzenter 22 erfolgt über einen Federteller 64, während das andere Ende der Druckfeder 58 über einen Wellendich­ tring 64 am Gleitring 56 angreift.

Die Exzenterwelle 6 ist im Bereich des Abstützrings 62 mit einer Ringnut 66 versehen, die als Sammelraum für eine Kraftstoffleckage wirkt, die selbst bei hochwertigen Gleitringdichtungen nicht vermeidbar ist.

An die Ringnut 66 schließt sich in Axialrichtung eine umlaufenden Wendelnut 68 an, über die die Ringnut 66 mit dem Raum 20 verbunden ist. D. h., die Kraftstoffleckage sam­ melt sich in der Ringnut 66 und wird über die Wendelnut 68 in den Raum 20 abgeführt, der an den Ölkreislauf des Ver­ brennungsmotors angeschlossen ist. Da die Kraftstoffleckage äußerst gering ist, werden die Kühl-/Schmiereigenschaften des Motoröles praktisch nicht verändert. Gasförmige Be­ standteile der Kraftstoffleckage werden über die Kurbelge­ häuseentlüftung abgeführt und somit aus dem Ölkreislauf entfernt.

In umgekehrter Weise ermöglicht es die Wendelnut 68, Motoröl aus dem Ölkreislauf zur Gleitringdichtung 54 zu führen. Erste Tests zeigten, daß bereits geringste Mengen von Öl, das über die Wendelnut 68 zur Gleitringdichtung 54 geführt wird, das Betriebsverhalten hinsichtlich Reibung und Wärmetransport der Dichtungsanordnung wesentlich ver­ bessert werden kann, so daß deren Verschleiß minimiert ist. Diese Schmiermittelströmung kann beispielsweise bei Tempe­ ratur- oder Druckschwankungen auftreten, bei denen ein Druckgradient aufgebaut wird, der eine Ölströmung hin zur Dichtungsanordnung unterstützt.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Aus­ führung einer wendelförmigen Nut 68 beschränkt, sondern prinzipiell ist jede Verbindung vorstellbar, über die die kraftstoffabgewandte Seite der Gleitringdichtung 54 mit dem Ölkreislaufes des Verbrennungsmotors verbindbar ist. Die in der Figur dargestellte Ausführungsform hat jedoch den Vor­ teil, daß der fertigungstechnische Aufwand zur Ausbildung des Wendelnut 68 und der Ringnut 66 äußerst gering ist, so daß praktisch keine Modifikationen am Pumpengehäuse erfor­ derlich sind.

Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Verbindung der Dichtungsanordnung mit dem Öl-/Schmiermittelkreislauf nicht auf Radialkolbenpumpen beschränkt, sondern die erfin­ dungsgemäße Anordnung ist bei allen Pumpenanordnungen an­ wendbar, bei denen eine Antriebswelle direkt über dem Ver­ brennungsmotor angetrieben wird.

Offenbart ist eine Kraftstoffpumpe für einen Verbren­ nungsmotor, bei der ein den Kraftstoff enthaltender Raum im Pumpengehäuse über eine Dichtungsanordnung von einem die Wellenlagerung enthaltenden Raum getrennt ist. Diese Kraft­ stoffpumpe weist einen Leckagekanal auf, über den eine Kraftstoffleckage von der Dichtungsanordnung abführbar und in einen Kühl-/Schmiermittelkreislauf des Verbrennungsmo­ tors einspeisbar ist.

Claims (11)

1. Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor, mit zumin­ dest einer Pumpeinheit (10), die von einer Welle des Verbrennungsmotors angetrieben ist, wobei ein Kraft­ stoff enthaltender Raum (24) über eine Dichtungsanord­ nung (54) von einem eine Wellenlagerung (14) enthalten­ den Raum getrennt ist, gekennzeichnet durch einen Leckagekanal (66, 68), über den eine Kraftstoffleckage in den Kühl-/Schmiermittelkreislauf des Verbrennungsmo­ tors einspeisbar ist.

2. Kraftstoffpumpe nach Patentanspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Leckagekanal als Nut (68) im Lagerbe­ reich ausgebildet ist, die einerseits an der kraft­ stoffabgewandten Seite der Dichtungsanordnung (54) und andererseits in einem Raum (20) des Kühl- /Schmiermittelkreislaufes mündet.

3. Kraftstoffpumpe nach Patentanspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Nut (68) dichtungsseitig in einem Sammelraum (66) für die Leckage mündet.

4. Kraftstoffpumpe nach Patentanspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Sammelraum als Ringnut (66) am Außen­ umfang der Welle (6) ausgebildet ist.

5. Kraftstoffpumpe nach einem der Patentansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum (20) belüftet ist.

6. Kraftstoffpumpe nach einem der Patentansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut als Wendelnut (68) am Außenumfang der Welle (6) ausgebildet ist.

7. Kraftstoffpumpe nach Patentanspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in dem Raum (20) des Kühl- /Schmiermittelkreislaufes eine Nockenwelle angeordnet ist, die über eine Kupplung (8) mit einer Antriebswelle (6) zum Antrieb der Pumpeinheiten (10) verbunden ist.

8. Kraftstoffpumpe nach einem der Patentansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsanordnung eine Gleitringdichtung (54) ist.

9. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, wobei die Kraftstoffpumpe eine Radialkolben­ pumpe (1) ist, aus deren Exzenterraum (24) Kraftstoff in die Pumpeinheiten (10) ansaugbar ist.

10. Kraftstoffpumpe nach Patentanspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitringdichtung (54) im Ex­ zenterraum (24) angeordnet ist.

11. Kraftstoffpumpe nach einem der vorhergehenden Patentan­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verbrennungs­ motorseitige Wellenlagerung (14) zum Kühl- /Schmiermittelkreislauf hin offen ist.