DE10305783A1

DE10305783A1 - Kolbenmembranpumpe mit ölseitiger Bedarfssteuerung

Info

Publication number: DE10305783A1
Application number: DE10305783A
Authority: DE
Inventors: Heinz Siegel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-08-26

Abstract

Vorgestellt wird eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit mit einer Pumpe (14), die ein veränderliches Pumpvolumen (34) aufweist, dem eine erste Flüssigkeit über einen Niederdruckanschluss (58) zuströmt und das die erste Flüssigkeit über einen Hochdruckanschluss (64) ausstößt, DOLLAR A wobei das veränderliche Pumpvolumen (34) durch ein elastisches Element (32) gegenüber einem Arbeitsvolumen (36) abgedichtet ist, das mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, die von einem beweglichen Verdränger (46) periodisch verdrängt wird, so dass Bewegungen des Verdrängers (46) über das elastische Element (32) Änderungen des Pumpvolumens (34) induzieren. Die Vorrichtung zeichnet sich durch ein Reservoir (22) aus, das mit dem Arbeitsvolumen (36) über eine Verbindung (72) hydraulisch verbunden ist, und ferner durch ein Durchflusssteuerventil (24) zur Steuerung einer Menge einer über die hydraulische Verbindung (72) ausgetauschten zweiten Flüssigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit mit einer Pumpe, die ein veränderliches Pumpvolumen aufweist, dem eine erste Flüssigkeit über einen Niederdruckanschluss zuströmt und das die erste Flüssigkeit über einen Hochdruckanschluss ausstößt, wobei das veränderliche Pumpvolumen durch ein elastisches Element gegenüber einem Arbeitsvolumen abgedichtet ist, das mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, die von einem beweglichen Verdränger periodisch verdrängt wird, so dass Bewegungen des Verdrängers über das elastische Element Änderungen des Pumpvolumens induzieren.

Die erste Flüssigkeit kann beispielsweise Kraftstoff sein und die zweite Flüssigkeit kann beispielsweise Öl sein.

Eine solche Vorrichtung ist aus der EP 1 110 940 A2 bekannt. Diese Schrift betrifft eine Hochdruckpumpe für Kraftstoffeinspritzsysteme bei Verbrennungsmotoren. Allgemein besteht bei Hochdruckpumpen für solche Kraftstoffeinspritzsysteme das Problem, das der Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors nicht konstant ist. Der Kraftstoffbedarf variiert vielmehr in Abhängigkeit von der produzierten Leistung des Verbrennungsmotors und in Abhängigkeit von besonderen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors. So benötigt ein Verbrennungsmotor bei Volllast wesentlich mehr Kraftstoff als bei Teillast oder im Leerlauf.

Außerdem ist für einen Start eines Verbrennungsmotors mit einem Hochdruckeinspritzsystem ein schneller Druckaufbau in dem Einspritzsystem erforderlich. Ein schneller Druckaufbau in diesem besonderen Betriebszustand begründet damit ebenfalls einen hohen Kraftstoffbedarf. Zur Erfüllung dieser Forderungen wird in der Regel eine vom Verbrennungsmotor angetriebene Kraftstoffpumpe verwendet, deren Förderleistung nur von der Drehzahl des Verbrennungsmotors, nicht aber von dem tatsächlichen Bedarf des Verbrennungsmotors bei dieser Drehzahl abhängt. Dieser Bedarf kann aufgrund unterschiedlicher Brennraumfüllungen bei jeweils gleicher Drehzahl in weiten Grenzen variieren.

Um den hohen Kraftstoffbedarf in besonderen Betriebszuständen wie Start und Volllast liefern zu können, sind herkömmliche Kraftstoffpumpen entsprechend groß dimensioniert. Die in Betriebszuständen mit geringerem Kraftstoffbedarf überschüssig geförderte Kraftstoffmenge wird üblicherweise über ein steuerbares Druckentlastungsventil abgebaut, das im Hochdruckteilsystem des Einspritzsystems, also zwischen Hochdruckpumpe und den Einspritzventilen, angeordnet ist.

Die eingangs genannte EP 1 101 940 offenbart in diesem Zusammenhang eine Hochdruckpumpe mit einer elastischen, bedarfsgerechten Förderung. Dazu sind wenigstens zwei mit Kolben versehene Pumpelemente vorgesehen, die von einem gemeinsamen Antrieb betätigt werden. Bei niedrigem Kraftstoffbedarf wird eines der Pumpenelemente durch Öffnen eines Bypassventils deaktiviert, das die von diesem Pumpenelement geförderte Menge zur Niederdruckseite der Hochdruckpumpe ableitet.

Nach dieser Schrift kann damit die Fördermenge bei konstanter Drehzahl stufenförmig in einer durch die Zahl und Abmessungen der deaktivierbaren Pumpenelemente vorgegebenen Schrittweite variiert werden.

Da dieser Vorschlag wenigstens zwei Pumpenelemente zwingend voraussetzt, erfordert er einen vergleichsweise hohen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, was für die Kosten dieser Lösung ungünstig ist.

Darüber hinaus variiert der Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors in der Regel nicht lediglich schrittweise oder stufenförmig, sondern stetig. Aus diesem Grund stellt dieser bekannte Vorschlag nur eine unvollkommene Lösung des Problems einer bedarfsgerecht kontinuierlich variablen Förderung von Kraftstoff dar.

Weiter sind Einkolbenhochdruckpumpen bekannt, bei denen eine bedarfsgerechte Steuerung durch ein Mengensteuerventil auf der Niederdruckseite, also an der Eingangsseite der Hochdruckpumpe, realisiert ist. Ein solches Mengensteuerventil an der Eingangsseite erzeugt jedoch auf der Niederdruckseite unerwünschte Pulsationen, die durch einen zusätzlichen Niederdruckdämpfer zu dämpfen sind. Bei dieser bekannten Pumpe wird der Ölraum auf der Antriebsseite der Pumpe durch eine Kolbendichtung von dem Kraftstoffkreislauf getrennt. Als Folge dieser Bauweise kann zumindest prinzipiell Öl in den Kraftstoffkreislauf und/oder Kraftstoff in den Ölkreislauf gelangen, was beides unerwünscht ist.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe einer Vorrichtung zum Pumpen von Flüssigkeit, die eine bedarfsgerecht stufenlose Variation der Förderleistung bei konstanter Pumpfrequenz erlaubt, die ferner eine Membrane oder ein elastisches Element vergleichbarer Funktion zur Trennung von Öl und Kraftstoff besitzt, und die darüber hinaus konstruktiv und fertigungstechnisch einfacher ist als der bekannte Vorschlag einer Mehrkolbenmembranpumpe.

Diese Aufgabe wir bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Vorrichtung ein Reservoir aufweist, das mit dem Arbeitsvolumen hydraulisch verbunden ist, und ferner ein Durchflusssteuerventil zur Steuerung einer Menge einer über die hydraulische Verbindung ausgetauschten zweiten Flüssigkeit aufweist.

Diese Lösung erlaubt eine bedarfsgerechte Steuerung der Förderleistung einer Pumpe durch Steuerung des Zeitraums, in dem ein Verdränger (bspw. ein Kolben) Druck aufbaut. Wenn nur wenig Kraftstoff gefördert werden soll, wird das Durchflusssteuerventil zeitweise zum Reservoir hin geöffnet, so dass die Pumpe in dieser Zeit nicht fördert. Da sich das Durchflusssteuerventil für stetig änderbare Zeiträume öffnen lässt, ergibt sich eine stufenlos veränderbare Förderleistung ohne Verwendung eines zweiten Kolbens.

Da dieser Steuereingriff auf der Seite der zweiten Flüssigkeit erfolgt, die im Allgemeinen Öl ist, werden auf der Niederdruckseite der ersten Flüssigkeit, die beispielsweise Kraftstoff ist, keine Pulsationen erzeugt. Daher ist bei der erfindungsgemäßen Lösung ein Niederdruckdämpfer nicht erforderlich.

Es ist bevorzugt, dass das elastische Element eine Membrane mit einem ortsfesten Ende und einem elastisch beweglichen Teilbereich aufweist, deren ortsfestes Ende mit einem Pumpengehäuse verbunden ist.

Diese Ausgestaltung lässt sich konstruktiv und fertigungstechnisch besonders einfach realisieren, indem beispielsweise eine kreisförmige Membran an ihrem Umfang an dem Pumpengehäuse gehalten wird. Dabei kann die Membran in ihrer Halterung auch eine Dichtfunktion erfüllen, so dass sich gegenüber der bekannten Einkolbenpumpe eine verbesserte Trennung zwischen der ersten und der zweiten Flüssigkeit ergibt.

Ferner ist bevorzugt, dass das elastische Element einen Faltenbalg aufweist.

Ein Faltenbalg besitzt die Eigenschaft, dass sich vergleichsweise große Änderungen des vom Faltenbalg eingeschlossenem Volumens ohne große Materialdehnungen erzeugen lassen. Dadurch wird die Standzeit und Zuverlässigkeit des elastischen Elementes, das die beiden Flüssigkeiten voneinander trennt, in vorteilhafter Weise erhöht. Dies ist insbesondere bei Verbrennungsmotoren von Vorteil, deren jahrelanger Betrieb in Kraftfahrzeugen mit hohen Kilometerleistung sehr hohe Wiederholungszahlen der Faltenbalgbewegung zur Folge hat.

Bevorzugt ist auch, dass der Faltenbalg aus Metall besteht.

Durch diese Ausgestaltung wird die Zuverlässigkeit und Standzeit des elastischen Elements weiter erhöht.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass ein ortsfestes Ende des Faltenbalges durch eine unlösbare Verbindung dicht mit einem Pumpengehäuse verbunden ist.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil einer zuverlässigen Abdichtung und sicheren Halterung des elastischen Elements in dem Pumpengehäuse.

Vorzugsweise ist die unlösbare Verbindung als geschweißte, gelötete oder geklebte Verbindung realisiert.

Derartige Verbindungen sind fertigungstechnisch einfach zu realisieren und ergeben zuverlässige Befestigungen des elastischen Elements in dem Pumpengehäuse.

Weiter ist bevorzugt, dass ein bewegliches Ende des Faltenbalges eine Endplatte trägt, die in einem nicht ausgelenkten Zustand an einem Anschlag eines Pumpengehäuses anliegt.

Durch das Vorsehen einer Endplatte lässt sich in vorteilhafter Weise eine stabile Ausgangslage für den Faltenbalg in Form eines Anschlages in dem Pumpengehäuse definieren. Dadurch kann ein sehr flexibler Faltenbalg mit einer Vielzahl von Falten verwendet werden, ohne dass das vom Faltenbalg eingeschlossene Volumen der zweiten Flüssigkeit durch die mit zunehmender Faltenzahl zunehmende Nachgiebigkeit des Faltenbalgs in undefinierter Weise schwanken kann. Die Vielzahl von Falten verringert die Materialdehnung des Faltenbalgmaterials beim Abheben von dem Anschlag, was sich vorteilhaft auf die Zuverlässigkeit und Standzeit des elastischen Elementes auswirkt.

Eine bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass der Verdränger mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird.

Im allgemeinen wird der Verdränger mechanisch betätigt werden, da mechanische Antriebe insbesondere bei einer Verwendung als Hochdruckkraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor zuverlässig erprobt sind und die problemlose Übertragung der zur Hochdruckerzeugung notwendigen Kräfte erlauben. Eine elektromagnetische Betätigung erlaubt in vorteilhafter Weise bereits einen Druckaufbau vor einem Start des Verbrennungsmotors, was dessen Start erleichtert. Die Betätigung durch hydraulische oder pneumatische Stellelemente kann aber durchaus in anderen Anwendungsfällen einer erfindungsgemäßen Pumpe möglich sein.

Es ist ferner bevorzugt, dass der Verdränger als in einem Pumpengehäuse axial oder radial beweglich geführter Kolben realisiert ist.

Derartige Bauformen sind insbesondere bei Hochdruckpumpen für Einspritzsysteme von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen üblich. Es ist ein Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe, dass sie sich unter Verwendung der in diesem Zusammenhang bekannten und erprobten Bauformen realisieren lässt.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Pumpe lediglich einen Kolben auf.

Eine solche Ausgestaltung zeichnet sich durch einen besonders einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen Aufbau aus.

Bevorzugt ist auch, dass der Kolben mechanisch durch eine drehfest mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors verbundenen Nockenwelle oder Taumelscheibe betätigt wird.

Auch hier gilt, dass derartige Bauformen insbesondere bei Hochdruckpumpen für Einspritzsysteme von Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen üblich sind, so dass es als Vorteil der erfindungsgemäßen Pumpe zu werten ist, dass sie sich unter Verwendung der bekannten und erprobten Bauformen realisieren lässt.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung sieht Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor als erste Flüssigkeit vor.

Diese Ausgestaltung stellt eine bevorzugte Verwendung dar, bei der sich die oben genannten Vorteile voll entfalten.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Reservoir durch einen druckseitigen Teil eines Schmiermittelkreislaufs des Verbrennungsmotors gebildet wird.

Diese Ausgestaltung liefert den Vorteil, dass das ohnehin bereits vorhandene Schmiermittel als Arbeitsmedium für die Pumpe, also als zweite Flüssigkeit, verwendet werden kann.

Alternativ oder ergänzend ist bevorzugt, dass das Reservoir in ein Pumpengehäuse integriert ist oder mit dem Pumpengehäuse eine bauliche Einheit bildet.

Im Rahmen dieser Ausgestaltung führen Steuereingriffe lediglich zu kleinen Volumenströmen zwischen Pumpe und Reservoir, was das Ansprechverhalten des Steuereingriffs beschleunigt.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich durch ein parallel zum Durchflusssteuerventil in einer hydraulischen Verbindung des Arbeitsvolumens mit dem Reservoir angeordnetes Rückschlagventil aus, das einen Durchfluss der zweiten Flüssigkeit nur in der Richtung vom Reservoir zum Arbeitsvolumen erlaubt.

Diese Ausgestaltung besitzt den Vorteil, dass kleinere Leckagen zum Reservoir, die während eines Förderhubs der Pumpe über das Durchflusssteuerventil auftreten, nicht zu einer unerwünschten Verringerung des Arbeitsmediums der Pumpe führen. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Pumpe weiter erhöht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Figuren.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitspumpe in einem bevorzugten Anwendungsfall; und
2 ebenfalls schematisch, ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Flüssigkeitsförderpumpe.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der 1 bezeichnet die Ziffer 10 die Gesamtansicht eines Einspritzsystems für einen Verbrennungsmotor 12. Das Einspritzsystem 10 umfasst wenigstens eine Pumpe 14, einen Hochdruckspeicher 16, Einspritzventile 18 und einen Kraftstofftank 20 mit Niederdruckpumpe 21. Erfindungsgemäß ist die Pumpe 14 hydraulisch mit einem Reservoir 22 verbunden, wobei in der hydraulischen Verbindung ein steuerbares Durchflusssteuerventil 24 angeordnet ist. Die Niederdruckpumpe 21 kann auch mit der Pumpe 14 baulich gekoppelt sein oder zwischen der Pumpe 14 und dem Kraftstofftank 20 angeordnet sein. Zusätzlich ist parallel zum Durchflusssteuerventil 24 ein Rückschlagventil 26 angeordnet. Ein Steuergerät 28 steuert sowohl den Verbrennungsmotor 12, beispielsweise durch eine Ansteuerung der Einspritzventile 18, als auch die Förderleistung der Pumpe 14 durch Ansteuerung des Durchflusssteuerventils 24.
Die erfindungsgemäße Pumpe 14 weist ein Gehäuse 30 auf, in dessen Innerem ein elastisches Element 32 ein Pumpvolumen 34 von einem Arbeitsvolumen 36 trennt. Dabei ist das elastische Element 32 so ausgeführt und in dem Pumpengehäuse befestigt, dass das Arbeitsvolumen 36 gegen das Pumpvolumen 34 abgedichtet ist. In der 1 ist das elastische Element 32 als Verbund eines Faltenbalges 38 und einer Endplatte 40 realisiert. Der Faltenbalg 38 besteht vorzugsweise aus einem dauerschwingfesten Material, beispielsweise aus Metall, und ist längs seiner Berührungslinie 42 mit dem Pumpengehäuse 30 unlösbar verbunden, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben. Diese Verbindung bildet ein ortsfestes Ende des elastischen Elementes 32. In ähnlicher Weise ist das freie Ende des Faltenbalges längs einer Linie 44, an der sich das freie Ende des Faltenbalges 38 und die Endplatte 40 berühren, unlösbar mit der Endplatte 40 verbunden.
Das Innere des Faltenbalges definiert daher ein gegenüber einem Pumpvolumen 34 abgedichtetes Arbeitsvolumen 36 im Inneren des Gehäuses 30.
Die Pumpe 14 weist ferner einen im Gehäuse 30 vertikal beweglich geführten Verdränger 46 auf, der von einem Antrieb 48 betätigt wird. Eine den Verdränger 46 umlaufende Dichtung 47 dichtet das Arbeitsvolumen 36 gegen den Antrieb 48 ab. Der Antrieb 48 kann elektromagnetisch, hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch arbeiten. In der Darstellung der 1 weist der Antrieb 48 eine Nockenwelle 50 auf, die den Verdränger 46 gegen die Kraft einer Rückstellfeder 52 betätigt. Die gestrichelte Linie 54 repräsentiert eine Kopplung der Nockenwelle 50 an den Verbrennungsmotor 12, also einen Antrieb der Pumpe 14 durch den Verbrennungsmotor 12.
Bei einer Betätigung des Verdrängers 46 wird Flüssigkeit im Arbeitsvolumen 36 verdrängt. Das Arbeitsvolumen 36 ist mit einem inkompressiblen Arbeitsmedium, beispielsweise Öl, gefüllt. Zur Unterscheidung von der zu pumpenden ersten Flüssigkeit, beispielsweise Kraftstoff, wird die Flüssigkeit im Inneren des Arbeitsvolumens 36 auch als zweite Flüssigkeit bezeichnet. Durch das Verdrängen der zweiten Flüssigkeit wird die Endplatte 40 des elastischen Elementes 32 von Anschlägen 56 im Pumpengehäuse 30 abgehoben. Dadurch wird das Pumpvolumen 34 verkleinert und als Folge ein hoher Druck im Pumpvolumen 34 aufgebaut. Vor der Aufwärtsbewegung des Verdrängers 46 ist das Pumpvolumen 34 über eine Leitung 58 (Niederdruckanschluss) mit der zu pumpenden ersten Flüssigkeit, beispielsweise Kraftstoff aus einem Tank 20, gefüllt worden. Ein unerwünschter Rückfluss aus dem Pumpvolumen 34 in die Leitung 58 wird durch ein Rückschlagventil 60 verhindert. Der weitere Druckanstieg im Pumpvolumen 34 führt schließlich zum Öffnen eines weiteren Ventils 62, das eine Verbindungsleitung 64 (Hochdruckanschluss) zum Hochdruckspeicher 16 freigibt, der dadurch mit unter hohem Druck stehenden Kraftstoff versorgt wird. Um ein Anschlagen der Endplatte 40 an der Begrenzungsfläche 66 im Inneren des Gehäuses 30 zu verhindern, ist der Abstand 68 zwischen der auf den Anschlägen 56 aufliegenden Endplatte 40 und der Begrenzungsfläche 66 auf jeden Fall so groß, dass die Nockenerhebung 70 nicht ausreicht, um den Abstand 68 zu überwinden.
Ohne weitere Steuereingriffe würde die Förderleistung der Pumpe, so wie sie bisher beschrieben wurde, von der Drehfrequenz der Nockenwelle 50 und damit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 12 bestimmt. Um eine bedarfsgerechte Förderleistung der Pumpe 14, beispielsweise in Abhängigkeit von verschiedenen Lasten (Brennraumfüllungen) des Verbrennungsmotors 12 bei gleichen Drehzahlen zu erzielen, ist erfindungsgemäß eine hydraulische Verbindung 72 zwischen dem Arbeitsvolumen 36 der Pumpe 14 und einem Reservoir 22 für die zweite Flüssigkeit vorgesehen, wobei ein vom Steuergerät 28 steuerbares Durchflusssteuerventil 24 in der hydraulischen Verbindung 72 angeordnet ist.
Wenn die Pumpe 14 voll fördern soll, wird das Durchflusssteuerventil 24 geschlossen. Der Verdränger 46 dringt in das Arbeitsvolumen 36 ein und verdrängt dort Öl, sodass sich der Faltenbalg 38 mit der Endplatte 40 von seinen Anschlägen 56 weg nach oben bewegt. Dadurch wird eine dem vollen Hub des Verdrängers 46 entsprechende Kraftstoffmenge mit Hochdruck über das Ventil 62 zum Hochdruckspeicher 16 befördert. Geht der Verdränger 46 in den Saughub über (Bewegung nach unten), wird der Faltenbalg 38 einerseits durch die Rückstellfeder 74 und andererseits durch den über das Ventil 60 mit Niederdruck einströmendem Kraftstoff nach unten bewegt, bis die Endplatte 40 wieder auf den Anschlägen 56 aufliegt. Der Niederdruck beträgt üblicherweise wenig bar, beispielsweise 1 bis höchstens 10 bar und wird in Regel von einer vorgeschalteten Niederdruckpumpe erzeugt.
Ist beim vorangehenden Druck- oder Förderhub der Pumpe 14 eine Leckage über das Durchflusssteuerventil 24 entstanden, kann dieses fehlende Flüssigkeitsvolumen über das Rückschlagventil 26, das einen sehr geringen Öffnungsdruck von beispielsweise 0,1 bar hat, wieder aufgefüllt werden.
Die Rückstellfeder 74 stellt sicher, dass bei abwärts laufendem Verdränger 46 der Druck im Arbeitsvolumen 36 immer höher ist als der Öffnungsdruck des Rückschlagventils 26. Dadurch wird verhindert, dass zwischen dem Faltenbalg 38 und dem Verdränger 46 eine Volumenverschiebung entsteht, die im Druckhub den Faltenbalg 38 mit seiner Endplatte 40 an die Begrenzungsfläche 66 anschlagen lassen würde. In einem solchen Fall würde der Faltenbalg 38 dann, wenn der Kolben oder Verdränger 46 nach einem Anschlagen der Endplatte 40 noch einen Resthub durchführen würde, überbeansprucht, was zu einem Bruch führen könnte. Wie bereits erwähnt, ist der Abstand 68 so auf die Nockenerhebung 70 und damit auf den Hub des Verdrängers 46 abgestimmt, dass die Endplatte 40 im oberen Totpunkt des Verdrängers 46 niemals an die Begrenzungsfläche 66 anschlägt.
Beim Saughub, wenn sich der Verdränger und der Faltenbalg 38 mit der Endplatte 40 wieder nach unten bewegt, wird das Pumpvolumen 34 über das Ventil 60 und die Leitung 58 wieder mit der ersten Flüssigkeit (Kraftstoff) für den nächsten Druckhub befüllt.
Wird im Extremfall bei einer bestimmten Drehfrequenz die Nockenwelle 50 überhaupt keine Förderung der Pumpe 14 gewünscht, steuert das Steuergerät 28 das Durchflusssteuerventil 24 während des gesamten Druckhubs des Verdrängers 46 öffnend an. Die vom Verdränger 46 bei seinem Aufwärtshub verdrängte Flüssigkeit kann dann über die hydraulische Verbindung 72 in das Reservoir 22 strömen, sodass die Endplatte 40 des Faltenbalgs 38 nicht von den Anschlägen 56 abgehoben wird. Als Folge fördert die Pumpe 14 nicht (Nullförderung).
Wird dagegen eine Teilförderung zwischen den Extremen einer Nullförderung und einer Vollförderung gewünscht, wird das Durchflusssteuerventil 24 während der Aufwärtsbewegung des Verdrängers 46 zeitweise geöffnet. Das Durchflusssteuerventil 24 kann beispielsweise zu Beginn des Druckhubs des Verdrängers 46 geschlossen sein und beim Erreichen der gewünschten Fördermenge geöffnet werden. Alternativ dazu kann das Durchflusssteuerventil 24 auch zu Beginn eines Druckhubs des Verdrängers 46 öffnend angesteuert werden, um es dann nach einem Teilhub des Verdrängers 46 zu schließen, um die gewünschte Teilmenge zu fördern.
2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Pumpe 14, ebenfalls in stark schematisierter Darstellung. Die Pumpe 14 nach 2 unterscheidet sich von der Pumpe 14 nach 1 dadurch, dass der Faltenbalg 38 mit der Endplatte 40 nach 1 durch eine dauerelastische Membrane 76 ersetzt wurde. Da die dauerelastische Membrane 76 im Gegensatz zum Faltenbalg 38 selbst eine stärkere Rückstellkraft erzeugt, ist die beim Ausführungsbeispiel nach 1 erforderliche Rückstellfeder 74 beim Ausführungsbeispiel der 2 entbehrlich. Im Hinblick auf die Förderung von Kraftstoff und die Druckerzeugung durch den Verdrängerkolben 46 sowie im Hinblick auf die Bedarfssteuerung funktioniert das Ausführungsbeispiel nach 2 genauso wie das Ausführungsbeispiel nach 1. Aus diesem Grund wird auf eine erneute Erläuterung dieser Zusammenhänge verzichtet.
Als weiteren Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der 1 weist die Pumpe 14 nach der 2 einen geänderten Antrieb 48 auf. Im Ausführungsbeispiel nach 2 wird durch eine Taumelscheibe 78 durch den Verbrennungsmotor 12 angetrieben, wobei der Antrieb wieder durch die Linie 54 repräsentiert wird. Die Taumelscheibe 78 weist eine geneigte Bahn 80 auf, auf der eine im Verdränger 46 gelagerte Rolle 82 abrollt. Aufgrund der axialparallelen Ausrichtung der Bewegungsrichtung des Verdrängers 46 und der Drehachse der Taumelscheibe 78 handelt es sich bei der Pumpe 14 nach 2 um eine Axialkolbenpumpe, während es sich bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 um eine Radialkolbenpumpe handelt.

Claims

Vorrichtung zum Pumpen einer Flüssigkeit mit einer Pumpe (14), die ein veränderliches Pumpvolumen (34) aufweist, dem eine erste Flüssigkeit über einen Niederdruckanschluss (58) zuströmt und das die erste Flüssigkeit über einen Hochdruckanschluss (64) ausstößt, wobei das veränderliche Pumpvolumen (34) durch ein elastisches Element (32) gegenüber einem Arbeitsvolumen (36) abgedichtet ist, das mit einer zweiten Flüssigkeit gefüllt ist, die von einem beweglichen Verdränger (46) periodisch verdrängt wird, so dass Bewegungen des Verdrängers (46) über das elastische Element (32) Änderungen des Pumpvolumens (34) induzieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Reservoir (22) aufweist, das mit dem Arbeitsvolumen (36) über eine Verbindung (72) hydraulisch verbunden ist, und ferner ein Durchflusssteuerventil (24) zur Steuerung einer Menge einer über die hydraulische Verbindung (72) ausgetauschten zweiten Flüssigkeit aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (32) eine Membrane (76) mit einem ortsfesten Ende und einem elastisch beweglichen Teilbereich aufweist, deren ortsfestes Ende (76) mit einem Pumpengehäuse (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (32) einen Faltenbalg (38) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Faltenbalg (38) aus Metall besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein ortsfestes Ende des Faltenbalges (38) durch eine unlösbare Verbindung mit einem Pumpengehäuse (30) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die unlösbare Verbindung als geschweißte, gelötete oder geklebte Verbindung realisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein bewegliches Ende des Faltenbalges (38) eine Endplatte (40) trägt, die in einem nicht ausgelenkten Zustand an einem Anschlag (56) eines Pumpengehäuses (30) anliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger (46) mechanisch, elektromagnetisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger (46) als in einem Pumpengehäuse (30) axial oder radial beweglich geführter Kolben realisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (14) lediglich einen einzelnen Kolben (46) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (46) mechanisch durch eine drehfest mit einer Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors (12) verbundenen Nockenwelle (50) oder Taumelscheibe (78) betätigt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor (12) als erste Flüssigkeit.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (22) durch einen druckseitigen Teil eines Schmiermittelkreislaufs des Verbrennungsmotors (12) gebildet wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reservoir (22) in ein Pumpengehäuse integriert ist oder mit dem Pumpengehäuse (30) eine bauliche Einheit bildet.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein parallel zum Durchflusssteuerventil (24) in einer hydraulischen Verbindung (72) des Arbeitsvolumens (36) mit dem Reservoir (22) angeordnetes Rückschlagventil (36), das einen Durchfluss der zweiten Flüssigkeit nur in der Richtung vom Reservoir (22) zum Arbeitsvolumen (36) erlaubt.