CN100564872C - 往复式泵以及往复式泵的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种往复式泵，其具有设置在壳体(1)中的驱动轴(2)，该驱动轴带有可自由限定的并在个别情况下具有正弦曲线型的控制曲面(5)。与活塞(4)连接的传动件(6)压入到控制曲面(5)中。传动件(6)在壳体(1)的细长的导向件(7)中被导向。活塞(4)的运动方向平行于驱动轴(2)的旋转轴线设置。这种往复式泵的构造特别紧凑并且特别适合于在机动车中作为燃油泵使用。

Description

往复式泵以及往复式泵的应用
本发明涉及一种往复式泵，其具有：至少一个在壳体中轴向可移动地设置的活塞；用于驱动活塞的可旋转设置的驱动轴；进入管道和排出管道。此外本发明还涉及到根据本发明的燃料泵的有利的应用。
已经公开的往复式泵大多数具有一个通过连杆连接到活塞上并作为驱动轴使用的曲轴。进入管道和排出管道各自具有阀。通过凸轮轴可以对阀强制控制或者阀可以具有一个弹簧件，并且阀通过在壳体中的活塞产生的压力来控制。通过预设活塞的直径和往复行程以及驱动轴的转速，可以在高的输送压力下产生非常高的输送容量。已经公开的往复式泵的缺点是它占有非常大的结构空间并且制造费用高昂。
为了简化往复式泵的结构，在DE 0 855 488中公开了活塞通过补偿驱动装置
Figure C20048002630500071
驱动。通过活塞的轴向运动实现压力输送。调节控制压力活塞进行转动的以及往复运动的组合运动，并且在它的表面区域具有控制沟槽。这种往复式泵的缺点是，制造结构复杂并且仅仅适合于低输送量。
本发明的目的是设计一种开头所述类型的往复式泵，该往复式泵构造得特别简单并且紧凑，并且可以实现在高的输送压力时高的输送功率。此外，还涉及到该往复式泵的有利的应用。
根据本发明这样实现了首先提到的目的，即驱动轴具有带有至少一个上部转向点和一个下部转向点的控制曲面；活塞在控制曲面中被导向；传动件从活塞穿过一个在壳体中的细长的导向件延伸到控制曲面中。
利用这种设计，活塞的运动方向可以相对于驱动轴平行地设置，这使得往复式泵可以有特别紧凑的结构。在最简单的情况下，控制曲面被以正弦形地设计在轴的圆周，并且分别具有一个上部转向点和一个下部转向点。从而使在驱动轴转动180°时，活塞在一个方向运动，并且接下来再转动180°时，活塞在相反的方向运动。利用控制曲面的这种设计，活塞就像通过连杆与曲轴连接的活塞一样被驱动。因此，根据本发明的输送泵在高输送压力下具有高输送容量。基于本发明，将不再需要安装在活塞和驱动轴上的连杆。根据本发明的往复式泵因此需要特别少的被装配部件，并且因此构造的特别的简单。优选的是，活塞的运动方向设置为平行于驱动轴的旋转轴线。根据本发明的往复式泵可以例如通过密封环或者隔膜与壳体密封。
根据本发明的一个有利的改进方案，当所述传动件通过在所述壳体中的细长的导向件被导向的时候，可以特别简单地避免传动件的转动。
当有多个活塞相对于驱动轴同轴地设置时，根据本发明的往复式泵仅仅需要用于多个活塞的单一的控制曲面。
进入管道例如可以设置在壳体中，以及可以具有控制阀或者由活塞的运动控制。然而根据本发明的一个有利的改进方案，当进入管道贯穿活塞并且具有止回阀时，根据本发明的往复式泵设计得特别紧凑。排出管道优选地如已公开的往复式泵那样具有在壳体中的止回阀。
当进入管道的止回阀和/或者排出管道的止回阀设计为隔膜阀时，根据本发明的往复式泵具有特别小的轴向结构高度。
当进入管道的止回阀和/或者排出管道的止回阀具有被纵向移动地导向的并且与阀座相对设置的阀体时，降低了根据本发明的往复式泵的径向尺寸。为了支持运动，阀体通过弹簧件预加力抵靠在阀座上。在一个结构特别简单的情况下，阀体可以不通过弹簧力而通过在壳体中的压力控制。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当活塞中设置的用于容纳传动件的凹口具有环绕的沟槽时，活塞的制造就需要特别少的费用。环绕的沟槽可以设计为矩形或者梯形，或者具有一个圆弧。
活塞可以例如与传动件一体制成。然而，根据本发明的另一个有利的改进方案，当活塞具有一个与传动件有相对应成型的用于容纳传动件的部分区域的凹处时，活塞可以没有径向突出的部件而被特别简单地制造。利用这种设计保证活塞不会转动，并且在传动件和活塞之间的连接装置例如被可以静压地安装。这种设计的其他的优点是，与将凹口设计为环绕的沟槽对比，通过凹处可以实现对传动件的表面支撑。因此根据本发明的往复式泵有特别低的磨损。凹处可以例如设计为圆柱形的孔或者设计为圆锥形的孔或者具有相对应于传动件的球冠形状。此外传动件可以压入到凹处中，并借此避免活塞相对于传动件的相对运动。这进一步降低了根据本发明的往复式泵的磨损。
当传动件设计为球的时候，根据本发明的往复式泵可以由特别廉价的部件组成。在此，控制曲面有利地具有一个设计为局部圆形(Teilkreis)的横截面。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当传动件设计为旋转对称的滑块时，可以可靠地避免传动件的转动。在此，控制曲面优选地具有一个矩形的或者梯形的横截面。
当壳体中的导向件设置在连接活塞的对称轴线和驱动轴的对称轴线的直线上时，根据本发明的往复式泵结构变得特别的简单。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当壳体中的导向件设置在连接活塞的对称轴线和驱动轴的对称轴线的直线外侧时，传动件可以具有特别大的尺寸，而不会使得根据本发明的往复式泵的径向尺寸增大。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当在壳体中的传动件的导向件的侧支撑面和/或者控制曲面的侧支撑面相互预压紧时，在壳体的导向件中的或在控制曲面中的传动件的间隙可以简单地补偿。因此，传动件可以特别精确地进行导向并进而保持很小的磨损。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当驱动轴在活塞的范围内具有一个至少部分径向外侧地环绕活塞的边缘时，并且控制曲面设置在这个边缘上的径向内侧时，控制曲面可以设计得特别的长。从而使驱动轴环绕活塞。设计的特别长的控制曲面受到特别小的磨损。
当活塞设置在两个径向同轴环绕的控制曲面之间时，进一步降低了控制曲面的磨损。
根据本发明的另一个有利的改进方案，当控制曲面在驱动轴的圆周上具有多个上部和下部转向点时，驱动轴可以以特别低的转速驱动。
被输送的介质的汲取和喷出通常需要不同的能量消耗。根据本发明的另一个有利的改进方案，当控制曲面在汲取行程时具有至少一个不同于喷出行程的曲面函数时，可以简单地避免在驱动轴上的不同的扭矩。这减少了根据本发明的往复式泵的振动。根据本发明，在驱动轴的转动角度内，控制曲面和活塞的预定的运动顺序可自由限定。控制曲面可以由不同的曲面函数合成。因此活塞可以根据方程x＝(m+r)以及m＝360°-r运动，其中x是驱动轴每转动一周的冲程数，m是在活塞向上运动时驱动轴的角度范围，r是活塞在向下运动时驱动轴的角度范围。在x＝1，m＝240°并且r＝120°时，在驱动轴转动240°时活塞向上向上部转向点运动，并且接下来驱动轴转动120°时活塞向下向着下部转向点运动。
第二个目的，即确定往复式泵的有利的应用，根据本发明是通过将往复式泵作为带有驱动驱动轴的电动机的结构性的单元中的燃油泵的应用来实现的。
在当今的机动车的燃油泵中存在这样的问题，即在燃油高温时产生高的输送压力和高的输送容量。因此在带有特别强大的内燃机的机动车中常常使用两个输送单元，这些输送单元带有例如设计为侧通道泵或者摆线转子泵的燃油泵。因此输送单元就需要两个用于驱动燃油泵的电动机。基于本发明，可以通过单一的驱动轴同时驱动多个活塞，这使输送单元具有特别简单的构造。
本发明允许大量的实施例。为了进一步的详细说明，附图中示出其中的多个实施例，并在以下对其进行进一步的说明。图中示出：
图1根据本发明的往复式泵的纵向截面图；
图2图1中示出的往复式泵沿着线II-II的截面图；
图3根据本发明的往复式泵的另一个实施例的截面图；
图4根据本发明的往复式泵的另一个实施例的示意性纵向截面图；
图5根据本发明的往复式泵的另一个实施例的示意性纵向示意图。
图1示出了一个带有在壳体1中安装的驱动轴2的燃油泵的纵向示意图。壳体1具有一个圆柱形的孔3，具有导入在孔中的可轴向运动的活塞4。驱动轴2具有一个用于容纳传动件6的部分区域的控制曲面5。传动件6贯穿细长的并且平行于驱动轴2的旋转轴线设置的在壳体1中的导向件7，并且传动件伸入到设计为环绕沟槽的活塞4的凹口8中。进入管道9贯穿活塞4。排出管道10设置在壳体1中。在进入管道9和排出管道10中分别设置有设计为止回阀的阀11，12，阀具有利用弹簧件13，14施加力而抵靠在阀座15，16上的阀体17，18。
控制曲面5具有一个上部转向点19和一个下部转向点20。图中示出了在上部转向点19的活塞4。在驱动轴2转动时，传动件6在控制曲面5和壳体1的导向件7中滑动，并推动活塞4从排出管道10离开。此时阀12在排出管道10中关闭。此时在由活塞4和壳体1限定的空间中产生真空，从而打开在进入管道9中的阀11并汲取被输送的介质。在下部转向点20，阀11在进入管道9中关闭。如果驱动轴2越过下部转向点20继续转动，那么在由活塞4和壳体1限定的空间中产生压力，这个压力将在排出管道10中的阀12的阀体18从阀座16上压离。从而使被输送的介质通过排出管道10喷出。
图2示出了在图1中示出的往复式泵的沿着线II-II的截面图，在壳体1中共有三个活塞4，4′，4″，围绕驱动轴2同轴地设置。壳体1设计为气缸支架并且引导多个活塞4，4′，4″。当然也可以有多于三个活塞4，4′，4″设置在壳体1中。每一个活塞4，4′，4″通过传动件6，6′，6″与驱动轴2的单一控制曲面5连接。用于传动件6，6′，6″的各个导向件7(仅仅例示出其中一个导向件7)被设计为孔。活塞4，4′，4″的驱动轴2的对称轴线和各个导向件7的对称轴线各自设置在一条直线上。
图3中示出了往复式泵的另一个实施例的截面图，这个实施例主要在以下方面区别于图2中示出的实施例，即各个导向件7的对称轴线设置在从驱动轴2的对称轴线开始延伸到活塞4，4′，4″的对称轴线的直线外侧。此外抵靠在传动件6，6′，6″上的相应导向件7的支撑面21设置在由弹簧件22预加力的预紧件23上。从而使传动件6，6′，6″预压紧在相应的导向件7中。
图4示出了往复式泵的另一个实施例的示意性的纵向截面图，其中，驱动轴24具有一个径向外部环绕活塞25的边缘26。在径向内侧设置有控制曲面27。设置在边缘26的径向内部的壳体28具有一个用于活塞25的导向的圆柱形孔29。传动件30被抵压在设计为凹处的活塞25的凹口31中，并且贯穿平行于驱动轴24的旋转轴线的导向件32区域内的壳体28，并压入到控制曲面27中。控制曲面27具有矩形横截面。如图1和图2所示的实施例，在这里也可以有多个活塞25同轴地围绕驱动轴24的旋转轴线设置。进入管道33和排出管道34各自和设计为止回阀的阀35，36设置在壳体28中。
图5示出了往复式泵的另一个实施例的示意图，其中驱动轴37具有一个带有第一控制曲面40的轴颈38，以及一个带有第二控制曲面41的同轴地环绕轴颈38的边缘39。活塞42径向可移动地在轴颈38和边缘39之间的壳体44的孔43中导向。在控制曲面40，41中导向的传动件45，46分别贯穿在壳体44中的细长的导向件47，48，并且伸入到设计为凹处的活塞42的凹口49，50中。进入管道51和排出管道52和设计为隔膜阀的阀53，54设置在壳体44中。阀53，54具有一个有弹簧弹性的、预压抵在阀座55，56上的隔膜57，58。控制曲面40，41各自具有梯形的横截面。径向外侧的控制曲面41的支撑面设置在预紧件60上。预紧件60旋接在壳体44上并且由蝶形弹簧61预施加力抵靠在壳体上。类似地，轴颈38的控制曲面40当然也可以配备有预施加力的支撑面或者轴颈38相对于径向外侧的控制曲面41轴向地预施加力。

Claims (31)

1.往复式泵，其具有：至少一个在壳体中可轴向移动地设置的活塞；用于驱动所述活塞的可转动地安装的驱动轴；进入管道和排出管道，其特征在于，所述驱动轴(2，24，37)具有带有至少一个上部转向点(19)和下部转向点(20)的控制曲面(5，27，40，41)；所述活塞(4，25，42)在所述控制曲面(5，27，40，41)中被导向；传动件(6，30，45，46)从所述活塞(4，25，42)延伸到所述控制曲面(5，27，40，41)中，所述传动件(6，30，45，46)穿过在所述壳体(1，28，44)中的细长的导向件(7，32，47，48)被导向。
2.根据权利要求1所述的往复式泵，其特征在于，多个活塞(4，25，42)相对于所述驱动轴(2，24，37)同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于进入管道(9，33，51)贯穿所述活塞(4，25，42)并且具有止回阀。
4.根据权利要求3所述的往复式泵，其特征在于，所述进入管道(51)的止回阀和/或者所述排出管道(52)的止回阀设计为隔膜阀。
5.根据权利要求4所述的往复式泵，其特征在于，所述进入管道(9，33)的止回阀和/或者所述排出管道(10，34)的止回阀具有被纵向移动地导向的并且与阀座(15，16)相对设置的阀体(17，18)。
6.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(4)中设置的用于容纳所述传动件(6)的凹口(8)具有环绕的沟槽。
7.根据权利要求5所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(4)中设置的用于容纳所述传动件(6)的凹口(8)具有环绕的沟槽。
8.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(25，42)具有与所述传动件(30，45，46)相对应成型、用于容纳所述传动件(30，45，46)的部分区域的凹处。
9.根据权利要求7所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(25，42)具有与所述传动件(30，45，46)相对应成型、用于容纳所述传动件(30，45，46)的部分区域的凹处。
10.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述传动件(6)设计为球。
11.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述传动件(45，46)设计为滑块。
12.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述导向件(7)设置在连接所述活塞(4)的对称轴线和所述驱动轴(2)的对称轴线的直线上。
13.根据权利要求9所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述导向件(7)设置在连接所述活塞(4)的对称轴线和所述驱动轴(2)的对称轴线的直线上。
14.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述导向件(7)设置在连接所述活塞(4)的对称轴线和所述驱动轴(2)的对称轴线的直线的外侧。
15.根据权利要求9所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述导向件(7)设置在连接所述活塞(4)的对称轴线和所述驱动轴(2)的对称轴线的直线的外侧。
16.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述传动件(6′)的导向件(7)的侧面支撑面(21，59)和所述控制曲面(41)中的支撑面相互预压紧。
17.根据权利要求13所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述传动件(6′)的导向件(7)的侧面支撑面(21，59)和所述控制曲面(41)中的支撑面相互预压紧。
18.根据权利要求15所述的往复式泵，其特征在于，所述壳体(1)中的所述传动件(6′)的导向件(7)的侧面支撑面(21，59)和所述控制曲面(41)中的支撑面相互预压紧。
19.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述驱动轴(24，37)具有至少部分径向外侧地环绕所述活塞(25，42)的边缘(26，39)，并且所述控制曲面(27，41)设置在所述边缘(26，39)上的径向内侧。
20.根据权利要求17所述的往复式泵，其特征在于，所述驱动轴(24，37)具有至少部分径向外侧地环绕所述活塞(25，42)的边缘(26，39)，并且所述控制曲面(27，41)设置在所述边缘(26，39)上的径向内侧。
21.根据权利要求18所述的往复式泵，其特征在于，所述驱动轴(24，37)具有至少部分径向外侧地环绕所述活塞(25，42)的边缘(26，39)，并且所述控制曲面(27，41)设置在所述边缘(26，39)上的径向内侧。
22.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(42)设置在两个径向互相同轴环绕的所述控制曲面(40，41)之间。
23.根据权利要求20所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(42)设置在两个径向互相同轴环绕的所述控制曲面(40，41)之间。
24.根据权利要求21所述的往复式泵，其特征在于，所述活塞(42)设置在两个径向互相同轴环绕的所述控制曲面(40，41)之间。
25.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，所述控制曲面(5，27，40，41)在所述驱动轴(2，24，37)的圆周上具有多个上部转向点(19)和下部转向点(20)。
26.根据权利要求23所述的往复式泵，其特征在于，所述控制曲面(5，27，40，41)在所述驱动轴(2，24，37)的圆周上具有多个上部转向点(19)和下部转向点(20)。
27.根据权利要求24所述的往复式泵，其特征在于，所述控制曲面(5，27，40，41)在所述驱动轴(2，24，37)的圆周上具有多个上部转向点(19)和下部转向点(20)。
28.根据权利要求1或2所述的往复式泵，其特征在于，在汲取行程时，所述控制曲面(5，27，40，41)具有至少一个不同于喷出行程的曲面函数。
29.根据权利要求26所述的往复式泵，其特征在于，在汲取行程时，所述控制曲面(5，27，40，41)具有至少一个不同于喷出行程的曲面函数。
30.根据权利要求27所述的往复式泵，其特征在于，在汲取行程时，所述控制曲面(5，27，40，41)具有至少一个不同于喷出行程的曲面函数。
31.根据前述权利要求中任意一项所述的往复式泵作为带有驱动驱动轴的电动机的结构单元中的燃油泵的应用。
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