DE60029422T2

DE60029422T2 - Kraftstoffhochdruckpumpe

Info

Publication number: DE60029422T2
Application number: DE60029422T
Authority: DE
Inventors: Luigi Sisto DE MATTHAEIS
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-11-30
Filing date: 2000-11-29
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: ITTO991055A1; EP1147314A1; DE60029422D1; ITTO991055A0; US20020034452A1; JP2003524099A; EP1147314B1; KR100706171B1; AU2546101A; IT1310755B1; US6558142B2; KR20010093298A; JP4902923B2; WO2001040657A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Hydraulikpumpe, insbesondere eine Verbrennungsmotor-Radialkolben-Kraftstoffpumpe.
Wie bekannt, wird eine solche Pumpe in Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, mit hohem Druck betrieben, sogar bis zu 160 MPa (1 600 bar), und umfasst eine Gruppe von radialen Zylindern, in denen jeweilige durch einen gemeinsamen Nocken aktivierte Kolben gleiten. Jeder Kolben weist eine Rückstellfeder auf, um sich während des Kraftstoffansaughubs elastisch zu bewegen, und ist einem Einlassventil mit einem Schließkörper zugeordnet, das durch eine weitere Rückstellfeder normalerweise geschlossen gehalten wird, die das Ventil öffnen soll, wenn sie durch den Kraftstoffeinlassdruck überwunden wird.
Bei einer bekannten Dreiradialkolbenpumpe, die in der DE 197 29 791 , die einen Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 darstellt, offenbart wird, weist jeder Schließkörper eine Platte auf, die mit einem entsprechenden Sitz im Zylinder zusammenwirkt und geöffnet wird, wenn der Kraftstoffeinlassdruck ungefähr 500 kPa (5 bar) beträgt; und die Reaktion der drei Kolben an der Antriebswelle wird normalerweise durch die 120°-Beabstandung der Kolben ausgeglichen.
Bei bekannten Radialkolbenpumpen wird die Schließkörperrückstellfeder nicht durch die Kolbenposition beeinflusst. Wenn die Pumpe mit geringer Leistung, zum Beispiel unter 30% des Maximums, betrieben wird, sind sowohl die Antriebswelle als auch der Förderdruck der verschiedenen Zylinder Ungleichgewicht ausgesetzt. Die Einlassventile öffnen sich in Wirklichkeit mit einer variablen Verzögerung, und einige öffnen sich sogar gar nicht, so dass die Kolben verschiedene Kraftstoffmengen verdichten. Eine andere Radialkolbenpumpe wird in der WO 00/23711 offenbart, die einen Stand der Technik nach Artikel 54(3) EPÜ darstellt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer sehr einfachen, zuverlässigen Hochdruck-Hydraulikpumpe, die zur Beseitigung der oben genannten Nachteile, die in der Regel mit bekannten Pumpen verbunden sind, ausgeführt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Hochdruck-Hydraulikpumpe mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben gleitet, und Betätigungsmitteln zum positiven Bewegen des Kolbens in einer Verdichtungsrichtung bereitgestellt; wobei der Kolben in einer der Verdichtungsrichtung entgegengesetzten Einlassrichtung elastisch bewegt wird; und einem Einlassventil, das einen an dem Zylinder angebrachten Schließkörper umfasst; wobei die elastischen Mittel zwischen dem Kolben und dem Schließkörper vorgesehen sind, um den Schließkörper durch Ausüben einer elastischen Kraft, die mit der Position des Kolbens in dem Zylinder variiert, in eine geschlossene Stellung zu drücken, um ein Öffnen und Schließen des Einlassventils vorzuverstellen; wobei die Pumpe dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben auf die elastischen Mittel direkt einwirkt, um die Kraft zu variieren; wobei der Schließkörper eine Platte umfasst, die mit einem Sitz des Einlassventils zusammenwirkt; wobei die Platte parallel zum Kolben beweglich ist und die elastischen Mittel eine Druckfeder umfassen, die zwischen der Platte und dem Kolben angeordnet ist; wobei der Kolben einen zylindrischen Ansatz aufweist, der mit der Platte koaxial ist und ein Ende der Feder befestigt.
Insbesondere umfassen in einer Pumpe, in der der Schließkörper eine mit einem von dem Zylinder getragenen Sitz zusammenwirkende Platte umfasst und die Platte parallel zum Kolben beweglich ist, die elastischen Mittel eine Schrauben-Druckfeder, die zwischen der Platte und dem Kolben angeordnet ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte nicht einschränkende Ausführungsform der Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin zeigen:
1 eine teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht einer Radialkolbenpumpe gemäß der Erfindung;
2 ein Detail von 1 in größerem Maßstab;
3 ein Betriebsschema der Pumpe von 1.
BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
Die Zahl 5 in 1 zeigt als Ganze eine Hochdruckpumpe zur Versorgung eines Verbrennungsmotors, zum Beispiel eines Dieselmotors, mit Kraftstoff. Die Pumpe 5 ist eine Radialkolbenpumpe und umfasst drei radial innerhalb eines Hohlkörpers 7 angeordnete Zylinder 6, – von denen in 1 nur einer gezeigt ist – deren jeweiligen Achsen in einem Abstand von 120° angeordnet sind. Insbesondere sind die Zylinder 6 einstückig mit einem durch einen Flansch 8 geschlossenen Hohlkörper 7 ausgebildet.
Die Pumpe 5 weist eine mit einem in einer mittleren Kammer 12 des Hohlkörpers 7 untergebrachten Exzenter 11 integral ausgeführte Antriebswelle 9 auf. Der Exzenter 11 trägt einen ringförmigen Nocken zur Steuerung der Pumpe 5, der durch einen sich auf dem Exzenter 11 drehenden Ring 13 definiert wird. Die Außenfläche des Rings 13 weist drei flache Teile 14 auf, die Zylindern 6 zugeordnet sind und sich jeweils senkrecht zur Achse des entsprechenden Zylinders 6 erstrecken.
Ein jeweiliger Kolben 16 gleitet in jedem Zylinder 6; die radiale Außenfläche des Kolbens 16 definiert eine Druckkammer 15 im Zylinder 6; und der Kolben 16 ragt von dem Zylinder 6 zur Welle 9 und trägt eine Auflage 17, die auf bekannte Weise am entsprechenden Teil 14 des Rings 13 gleitet. Wenn die Welle 9 sich dreht, bewegt der Ring 13 den Kolben 16 positiv und sequentiell in Verdichtungsrichtung, das heißt nach außen. Mittels einer Feder 18 wird die Auflage 17 andererseits, zusammen mit dem Kolben 16, in Einlassrichtung zum entsprechenden flachen Teil 14 des Rings 13 elastisch gedrückt.
Jeder Kolben 16 ist einem Einlassventil 19 zugeordnet, das einen Schließkörper 21 umfasst, der mit einem in einem Ventilkörper 23 koaxial mit dem entsprechenden Zylinder 6 ausgebildeten Sitz 22 (2) zusammenwirkt. Der Ventilkörper 23 ist integral mit dem Zylinder 6 und somit mit dem Hohlkörper 7 (1) ausgebildet und durch ein fluiddichtes Ringnutbefestigungsglied 24 am Hohlkörper 7 befestigt. Des Weiteren ist jeder Kolben 16 einem in den Zeichnungen nicht gezeigten Druckventil zugeordnet.
Gemäß der Erfindung sind die durch eine Druckfeder 26 definierten elastischen Mittel zwischen dem Kolben 16 und dem Schließkörper 21 angeordnet. Insbesondere ist der Ventilkörper 23 (2) glockenförmig und umfasst einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum 27, der zum Kolben 16 weist und einen Teil der Feder 26 aufnimmt. Ein Sitz 22 befindet sich im Hohlraum 27 und ist kegelstumpfförmig, wobei er sich zur Druckkammer 15 auf weitet.
Der Schließkörper 21 umfasst eine integral mit einem Schaft 29 ausgebildete Platte 28, die durch ein axiales Loch 31 im Ventilkörper 23 geführt wird; das axiale Loch 31 weist eine mit einer Versorgungsleitung 32 des Ventilkörpers 23 in Verbindung stehende Erweiterung 30 auf; und die Leitung 32 steht mit von dem Hohlkörper 7 und/oder dem Flansch 8 getragenen Versorgungskanälen 33 (1) in Verbindung.
Auf der zum Schaft 29 weisenden Seite weist die Platte 28 einen kegelstumpfförmigen Rand 35 auf, dessen Form zur der des Sitzes 22 komplementär ist. Auf der von dem Schaft 29 weg weisenden Seite trägt die Platte 28 einen zylindrischen Vorsprung 34 zur Befestigung eines Endes der Feder 26. Die radiale Außenfläche des Kolbens 16 weist einen zylindrischen Ansatz 36 auf, dessen Durchmesser kleiner ist der des Kolbens 16; und das andere Ende der Druckfeder 26 ist an dem zylindrischen Ansatz 36 des Kolbens 16 befestigt.
Die Pumpe 5 arbeitet wie folgt.
Wenn sich der Exzenter 11 in der Position von 1 befindet, befindet sich der in 1 gezeigte Kolben 16 in der oberen Totpunktposition und hält die Feder 26 komprimiert. Wenn sich die Welle 9 dreht, gestattet der Exzenter 11 mittels des Rings 13, dass die Feder 18 den Kolben 16 nach innen bewegt, wodurch in der Einlasskammer 15 ein Unterdruck erzeugt wird und des Weiteren die Feder 26 leicht dekomprimiert oder ausgedehnt wird, wodurch die auf die Platte 28 des Schließkörpers 21 ausgeübte Kraft auf einen Wert reduziert wird, der einem Druck von 180 kPa (1,8 bar) auf der Unterseite der Platte 28 entspricht.
Wenn die Druckdifferenz zwischen der Versorgungsleitung 32 und der Druckkammer 15 größer ist als die durch die Druckfeder 26 ausgeübte Kraft, wird das Einlassventil 19 geöffnet. Somit wird das Einlassventil 19 selbst bei niedrigem Kraftstoffdruck oder Strom in der Versorgungsleitung 32 bezüglich bekannter Ventile umgehend und im Voraus geöffnet. Dann wird Kraftstoff entlang Versorgungskanälen 33 und 32 im Ventilkörper 23 gesaugt. Die durch die Feder 26 auf die Platte 28 des Schließkörpers 21 ausgeübte Kraft wird somit in der unteren Totpunktposition des Kolbens 16 auf ein Minimum reduziert, aber der Kraftstoffdruck in der Kammer 15 bleibt der gleiche wie in der Versorgungsleitung 32.
Dann beginnt der Exzenter 11 den Kolben 16 positiv nach außen zu bewegen, um mit der Verdichtung des Kraftstoffs in der Kammer 15 zu beginnen. Des Weiteren beginnt der Kolben 16 damit, die Feder 26 zu komprimieren, wodurch die elastische Kraft erhöht wird, die auf die Platte 28 des Schließkörpers 21 ausgeübt wird, welche dann durch den Kraftstoffdruck in der Kammer 15 zusammen mit der durch die Feder 26 ausgeübten Kraft geschlossen wird. Deshalb wird das Ventil 19 bezüglich bekannter Ventile umgehend und im Voraus geschlossen, wodurch eine größere Verdichtungsleistung bereitgestellt wird. Die Verdichtung wird fortgesetzt, bis der Kolben 16 erneut die obere Totpunktposition erreicht.
3 zeigt die relativen Positionen der drei Kolben 16 und relativen Verschlüsse 21 der Pumpe 5 im Verlauf eines typischen Stadiums während des Betriebs des Exzenters 11. In 3 werden die drei Zylinder 6 mit A, B und C bezeichnet. Insbesondere befindet sich im Zylinder 6A der Kolben 16 am Beginn seines Ansaughubs nahe der oberen Totpunktposition; und obgleich der Schließkörper 21 noch geschlossen ist, beginnt die Feder 26, sich auszudehnen und die auf den Schließkörper 21 ausgeübte Kraft zu reduzieren.
Im Zylinder 6B bewegt sich der Kolben 16 in die untere Totpunktposition; die Feder 26 ist nur leicht komprimiert; und der Schließkörper 21 wird selbst bei niedrigem Kraftstoffdruck in den Versorgungskanälen 33 geöffnet. Im Zylinder 6C hat der Kolben 16 mit dem Verdichtungshub begonnen und hat auch damit begonnen, die Feder 26 zu komprimieren, so dass der Schließkörper 21 sofort geschlossen wird.
Aus der vorhergehenden Erfindung gehen die Vorteile im Vergleich zum bekannten Stand der Technik der Pumpe gemäß der Erfindung hervor. Insbesondere wird der Schließkörper 21 selbst bei niedrigem Kraftstoffdruck in der Versorgungsleitung schneller geöffnet und geschlossen und der Betrieb der Pumpe ist ausgeglichen und kontinuierlich.
Natürlich können an der hier beschriebenen Pumpe Änderungen durchgeführt werden, ohne jedoch von dem Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Zum Beispiel können die Zylinder 6 von dem Hohlkörper 7 getrennt und in darin ausgebildeten Löchern untergebracht sein; und jeder Ventilkörper 23 kann zusammen mit dem entsprechenden Zylinder mittels einer Befestigungsplatte an dem Hohlkörper 7 befestigt sein.
Der Sitz 22 des Einlassventils 19 kann im Gegensatz zur Kegelstumpfform flach sein; und die Pumpe kann sogar von der Einkolben- oder Mehrfach-Reihenkolbenart sein und zum Pumpen von anderen Fluiden als Motorkraftstoff verwendet werden.

Claims

Hochdruck-Hydraulikpumpe mit mindestens einem Zylinder (6), in dem ein Kolben (16) gleitet, und Betätigungsmitteln (9, 11) zum positiven Bewegen des Kolbens (16) in einer Verdichtungsrichtung; wobei der Kolben (16) in einer der Verdichtungsrichtung entgegengesetzten Einlassrichtung elastisch bewegt wird; und einem Einlassventil (19), das einen an dem Zylinder (6) angebrachten Schließkörper (21) umfasst; wobei elastische Mittel (26) zwischen dem Kolben (16) und dem Schließkörper (21) vorgesehen sind, um den Schließkörper (21) durch Ausüben einer elastischen Kraft, die mit der Position des Kolbens (16) in dem Zylinder (6) variiert, in eine geschlossene Stellung zu drücken, um ein Öffnen und Schließen des Einlassventils (19) vorzuverstellen; wobei die Pumpe dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolben (16) auf die elastischen Mittel direkt einwirkt, um die Kraft zu variieren; wobei der Schließkörper (21) eine Platte (28) umfasst, die mit einem Sitz (22) des Einlassventils (19) zusammenwirkt; wobei die Platte (28) parallel zum Kolben (16) beweglich ist und die elastischen Mittel eine Druckfeder (26) umfassen, die zwischen der Platte (28) und dem Kolben (16) angeordnet ist; wobei der Kolben (16) einen zylindrischen Ansatz (36) aufweist, der mit der Platte (28) koaxial ist und ein Ende der Feder (26) befestigt.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (21) des Weiteren einen integral mit der Platte (28) ausgebildeten Schaft (29) aufweist, der sich radial nach außen erstreckt; wobei der Schaft innerhalb eines axialen Lochs (31) des Ventilkörpers (23) in dem Einlassventil (19) geführt wird.
Pumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sitz (22) kegelstumpfförmig ist und sich zum Kolben (16) hin aufweitet; wobei die Platte (28) auf der zum Schaft weisenden Seite einen kegelstumpfförmigen Rand (35) komplementär zur Form des Sitzes (22) aufweist.
Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte auf der dem Schaft gegenüberliegenden Seite einen zylindrischen Vorsprung (34) zur Befestigung eines anderen Endes der Feder (26) umfasst.
Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der Sitz (22) koaxial zum Zylinder (6) ist und von einem an dem Zylinder (6) angebrachten Ventilkörper (23) getragen wird; wobei der Ventilkörper (23) eine Versorgungsleitung (32) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (23) zur Aufnahme mindestens eines Teils der Feder (26) glockenförmig ist.
Pumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das axiale Loch (31) eine mit der Versorgungsleitung (32) in Verbindung stehende Erweiterung (30) aufweist.
Pumpe nach Anspruch 6, der Radialkolbenart für Verbrennungsmotorkraftstoff, mit einem durch einen Flansch (8) geschlossenen Hohlkörper (7); wobei der Hohlkörper (7) eine Gruppe von radialen Zylindern (6) trägt, die einer entsprechenden Gruppe von Kolben (16) und einer entsprechenden Gruppe von Einlassventilen (19) zugeordnet sind; und wobei die Kolben (16) durch einen gemeinsamen Exzenter (11) aktiviert werden; dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Ventilkörper (23) mittels eines fluiddichten Befestigungsglieds (24) in dem Hohlkörper (7) befestigt ist; wobei das Befestigungsglied (24) von außen in dem Hohlkörper (7) angebracht werden kann.
Pumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungsleitung (32) jedes Ventilkörpers (23) mit einem im Hohlkörper (7) und/oder im Flansch (8) ausgebildeten Versorgungskanal (33) in Verbindung steht.