DE69723040T2

DE69723040T2 - Radialkolbenpumpe, insbesondere Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69723040T2
Application number: DE69723040T
Authority: DE
Inventors: Mario Ricco
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-12-23
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-12-23
Also published as: KR100538334B1; CN1101523C; RU2196248C2; US5979297A; CN1190699A; EP0851120A2; KR19980064341A; EP0851120B1; JP4128253B2; JPH10184492A; ITTO960264U1; IT239879Y1; EP0851120A3; DE69723040D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Kolbenpumpe, insbesondere eine Kraftstoff-Radialkolbenpumpe eines Verbrennungsmotors.
Wie allgemein bekannt ist, arbeiten Pumpen des oben aufgeführten Typs in Verbrennungsmotoren und insbesondere in Diesel-Motoren bei einem hohen Druck von sogar über 1300 bar und bei hoher Geschwindigkeit von ungefähr 3000 Umdrehungen pro Minute.
Die Zylinder einer Kolbenpumpe des oben aufgeführten Typs sind radial um eine Antriebswelle mit einem exzentrischen Abschnitt angeordnet, auf welchem ein Nocken zum Betätigen der Zylinder rotiert, wobei jeder von ihnen einen Gleitkörper aufweist, der mit einem entsprechenden flachen Abschnitt des Nockens in Eingriff steht. Im Gebrauch bewegt der exzentrische Abschnitt den Nocken parallel zu sich selbst die ganze Zeit entlang einer kreisförmigen Trajektorie, sodass jeder Gleitkörper auf dem jeweiligen flachen Abschnitt ohne Winkel-Oszillation der Achse des jeweiligen Kolbens gleitet.
Die Welle, der exzentrische Abschnitt, der Nocken und die Gleitkörper der Pumpe sind innerhalb einer geschlossenen Kammer untergebracht, in welche ein Teil des zu der Pumpe geförderten Kraftstoffs geführt wird, um die Oberfläche des den flachen Abschnitt des Nockens berührenden Gleitkörpers zu schmieren; und Gleitlager, ebenfalls durch die Kraftstoff-Zirkulation in der Kammer geschmiert, sind zwischen der Welle und den jeweiligen Sitzen, und zwischen dem Nocken und dem exzentrischen Abschnitt vorgesehen.
Pumpen des oben aufgeführten Typs sind aus jedem der folgenden Druckschriften bekannt: US 5 571 243 (auf welcher der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert), DE 42 16 877 und DE 42 13 781 . Darin ist über- und oberhalb eines gegebenen Drucks auf den beweglichen Kontaktflächen und/oder über- und oberhalb einer gegebenen Geschwindigkeit der Pumpe die Schmierung durch den Kraftstoff oder irgendeinen Typ von Schmieröl mangelhaft, um die Gleitkörper-Flächen und die jeweiligen flachen Abschnitte des Nockens zu schmieren. Ein derartiger Druck drückt tatsächlich den Film des Kraftstoffs oder des Öls zwischen den Kontaktflächen zusammen, sodass dieser aus dem jeweiligen Spalt herausgetrieben wird, was ein mögliches Festfressen der zwei Oberflächen zur Folge hat.
Aus der Druckschrift US 4 222 714 ist eine hydraulische Radialkolbenpumpe bekannt, bei welcher die Kolben durch einen gemeinsamen kreisförmigen Exzenter betrieben werden, wobei jeder Kolben einstückig mit einem Basiskolben ausgebildet ist, der eine gekrümmte, direkt auf der gekrümmten Oberfläche des Exzenters gleitende Kontaktfläche aufweist, wodurch eine große Verschiebung mit Gleitreibung zwischen den zwei gleitenden Oberflächen auftritt. Eine Gleitlage, versehen mit einer selbstschmierenden Schicht aus Polytetrafluorethylen, ist auf die Kontaktfläche des Basiskolbens geklebt, wobei die zwei zu klebenden Flächen vorher durch Ätzen aufgeraut wurden.
Die Druckschrift DE 44 06 803 schlägt vor, die Basiskolben einer Radialpumpe mit einer dünnen Gleitschicht aus einer Suspension kleiner Mengen von Graphit, MoS2 oder PTFE in einem organischen oder anorganischen Bindemittel zu versehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine äußerst einfache, zuverlässige Kolbenpumpe zu schaffen, die so ausgelegt ist, dass das Risiko des Festfressens zwischen dem Kolben-Gleitkörper und der jeweiligen Nocken-Oberfläche beseitigt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Radialkolbenpumpe vorgesehen, umfassend eine Anzahl von Zylindern, die mit jeweiligen Achsen mit einem vorbestimmten Winkel-Abstand um eine Antriebswelle angeordnet sind, und eine Anzahl von Kolben, wobei jeder innerhalb eines entsprechenden Zylinders der Anzahl gleitet, wobei ein innerer, vorspringender Abschnitt eines jeden Kolbens an einem jeweiligen Gleitkörper angebracht ist, wobei die Antriebswelle einstückig mit einem exzentrischen Abschnitt ausgebildet ist, der innerhalb eines ringförmigen Nockens rotierbar angeordnet ist, der mit einer Anzahl flacher Abschnitte versehen ist, wobei jeder dem jeweiligen Gleitkörper zugewandt ist, wobei jeder der Gleitkörper durch eine entsprechende Feder in Richtung auf den entsprechenden flachen Abschnitt gedrückt wird, wodurch bei der Rotation des exzentrischen Abschnitts in dem ringförmigen Nocken, jeder der Gleitkörper eine Gleitbewegung bezüglich dem jeweiligen flachen Abschnitt aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitkörper mit einer kreisförmigen Vertiefung versehen ist, in welcher ein entsprechendes, plattenförmiges Gleitstück festgelegt ist, wobei jedes Gleitstück einen metallischen Träger umfasst, wobei das Gleitstück innerhalb der Vertiefung durch den Träger angebracht ist, wobei der Träger mit mindestens einer Schicht aus selbstschmierendem Material, umfassend Polytetrafluoren und Blei, bedeckt ist, wobei die Schicht dem jeweiligen flachen Abschnitt zugewandt ist und elastisch in Kontakt darauf durch den Druck der jeweiligen Feder gehalten ist, um eine Schmierung zwischen dem Gleitkörper und dem flachen Abschnitt bei jedem Betriebs-Zustand der Pumpe sicherzustellen.
In einer Radialkolbenpumpe umfassend eine Anzahl von Zylindern, die mit den entsprechenden Achsen mit einem vorbestimmten Winkel-Abstand um die Antriebswelle angeordnet sind, und eine Anzahl von Kolben, wobei jeder innerhalb eines entsprechenden Zylinders gleitet, weist das radiale innere Ende eines jeden Kolbens einen Gleitkörper auf, der mit einem entsprechenden flachen Abschnitt des Nockens in Eingriff steht, und das Element umfasst ein plattenförmiges Gleitstück, das in einer Vertiefung in jedem Gleitkörper angebracht ist, um mit dem jeweiligen flachen Abschnitt des Nockens in Eingriff zu stehen.
Eine bevorzugte, nicht-beschränkende Ausführungsform der Erfindung wird im Wege eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
1 einen axialen Schnitt einer Radialkolbenpumpe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 einen vergrößerten Teilschnitt entlang Linie II-II in 1 zeigt.
Ziffer 15 in 1 zeigt eine Hochdruck-Radialkolbenpumpe zum Zuführen von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, zum Beispiel einem Dieselmotor, und umfassend drei Zylinder 21, die radial innerhalb eines Körpers 20 mit ihren jeweiligen, durch einen Winkel-Abstand von 120° getrennten Achsen 22 angeordnet sind. In der Mitte umfasst der Körper 20 eine Schalen-förmige innere Kammer 23, die durch einen Flansch 24 geschlossen ist.
Die Pumpe 15 umfasst eine Antriebswelle 28 mit zwei Abschnitten, die mit entsprechenden Gleitlagern 29 und 31 versehen sind, durch welche die Welle 28 in einer Öffnung 25 im Flansch 24 und innerhalb eines Sacklochs 27 im Körper 20 rotiert; die Welle 28 ist einstückig mit einem exzentrischen Abschnitt 35 ausgebildet, der in der Kammer 23 untergebracht ist und mit einem weiteren Gleitlager 34 ausgestattet ist, das mit der Innenfläche einer Öffnung 38 eines die Pumpe 15 steuernden ringförmigen Nockens 39 zusammenwirkt, sodass der Nocken 39 auf dem exzentrischen Abschnitt 35 rotiert; und die Achse 36 des exzentrischen Abschnitts 35 ist um einen Abstand E bezüglich der Achse 37 der Welle 28 versetzt.
Die Außenfläche des ringförmigen Nockens 39 umfasst drei flache Abschnitte 40, die mit Zylinder 21 (nur einer in 2 gezeigt) verbunden sind und senkrecht zu den jeweiligen Achsen 22 der Zylinder 21 angeordnet sind. Jeder Zylinder 21 umfasst einen zylindrische Öffnung 41, die koaxial zu der jeweiligen Achse 22 verläuft und in welcher ein gegenüber dem Zylinder 21 in Richtung der Achse 37 (siehe auch 1) vorspringender Kolben 42 gleitet; und der vorspringende Abschnitt eines jeden Kolbens 42 ist mit einem Gleitkörper 43, beispielsweise mittels eines Halters 33 versehen, welcher durch eine Feder 44 in Richtung auf den jeweiligen flachen Abschnitt 40 zusammen mit dem Kolben 42 gedrückt wird.
Da die Kolben 42 entlang einer strikt geraden Trajektorie gleiten, erhält der Nocken 39 auf Grund der Gleitkörper 43 seine Orientierung, wenn die Welle 28 rotiert, während die Achse 36 um die Achse 37 der Welle 28 rotiert, sodass sich die flachen Abschnitte 40 außerdem parallel zu sich selbst entlang einer kreisförmigen Trajektorie bewegen und, in Verbindung mit den Federn 44 die Kolben 42 zurück und vorwärts innerhalb der Öffnungen 41 bewegen, und jeder Gleitkörper 43 gleitet senkrecht auf dem jeweiligen flachen Abschnitt 40 des Nockens 39.
In der Öffnung 41 bildet die dem Nocken 39 abgewandte Oberfläche eines jeden Kolbens 42 eine Kompressions-Kammer 45, deren Volumen mit der Bewegung eines Kolbens 42 variiert; und jeder Zylinder 21 umfasst ein Einlass-Rückschlagventil 50 (1) und ein Austritts-Rückschlagventil 51, die beide in einer den jeweiligen Zylinder 21 abschließenden Platte sitzen und an dem Körper 20 durch einen jeweiligen Kopf 53 angebracht sind.
Während sich der Kolben 42 radial nach innen bewegt, expandiert die Kompressions-Kammer 45 und zieht Kraftstoff durch das Einlass-Ventil 50 ein; und während sich der Kolben 42 radial nach außen bewegt, reduziert sich das Volumen der Kammer 45, sodass der Kraftstoff komprimiert wird, und beim Erreichen eines vorbestimmten Drucks das Austritts-Ventil 51 öffnet und aus der Kammer 45 durch das Ventil 51 abgegeben wird.
Jedes Einlass-Ventil 50 wird mit Kraftstoff beliefert über einen jeweiligen axialen, in dem jeweiligen Kopf 53 gebildeten Kanal 54, und über einen jeweiligen radialen, in dem Körper 20 bei dem Flansch 24 gebildeten Kanal 55; und die drei Kanäle 55 stehen mit einer ringförmigen Aussparung 56 in Verbindung, die in dem Flansch 24 gebildet ist, und welche wiederum mit einem Einlass-Kanal 57 in Verbindung steht, der mit einem Einlass-Anschlussstück 14 verbunden ist.
Kraftstoff wird zu dem Kanal 57 über ein Schaltventil 46 geführt, das einen Kolben 47 mit einer kalibrierten Öffnung 48 aufweist und mit der inneren Kammer 23 über eine Öffnung 49 in Verbindung steht; und der Kraftstoff aus dem Einlass-Anschlussstück 14 fließt kontinuierlich durch die Öffnungen 48 und 49 in die Kammer 23, um die innerhalb der Kammer untergebrachten beweglichen Komponenten zu schmieren und zu kühlen.
Jedes Austritts-Ventil 51 steht in Verbindung mit einem axialen Hohlraum 61 über einen jeweiligen axialen Kanal 59, der in dem jeweiligen Kopf 53 gebildet ist, und über einen jeweiligen radialen Kanal 60, der in dem Körper 20 gebildet ist; und stromabwärts eines Sicherheitsventils eines Druckreglers (nicht dargestellt) ist der Hohlraum 61 mit einer Niederdruck-Kammer verbunden, die mit einem Ableitungs-Anschlussstück 64 verbunden ist, das außerdem in bekannter Weise mit der Öffnung 27 des Körpers 20 durch einen Kanal 65 in Verbindung steht.
Gemäß der Erfindung ist ein aus selbst-schmierendem Material, wie zum Beispiel Bronze, Teflon oder Ähnlichem hergestelltes Element zwischen jedem flachen Abschnitt 40 eines Nockens 39 und einem entsprechenden Gleitkörper 43 vorgesehen. Spezieller betrachtet umfasst das Element ein plattenförmiges Gleitstück 66, das innerhalb einer kreisförmigen Vertiefung 67 (2) untergebracht ist, die auf der Oberfläche 68 jedes Gleitkörpers 43, dem jeweiligen flachen Abschnitt 40 des Nockens 39 zugewandt, gebildet ist. Das Gleitstück 66 ist in der Vertiefung 67 festgelegt und weist eine derartige Dicke auf, um gegenüber der Oberfläche 68 vorzuspringen.
Das Gleitstück 66 kann vorteilhafter Weise einen metallischen Halter 69, zum Beispiel aus Stahl oder Bronze aufweisen, der mit mindestens einer Schicht 70 aus selbst-schmierendem Material, zum Beispiel einer bekannten Schicht 70 aus Polytetrafluoren und Blei, bedeckt ist; und das Gleitstück 66 ist in der Vertiefung 67 durch den metallischen Halter 69 mit der dem flachen Abschnitt 40 des Nockens 39 zugewandten selbstschmierenden Schicht 70 eingebaut. Bei der tatsächlichen Verwendung hält die jeweilige Feder 44 die Schicht 70 anliegend auf dem jeweiligen flachen Abschnitt 40.
Lager 29, 31, 34 (1) können außerdem einen metallischen inneren Träger und eine äußere Schicht aus selbst-schmierendem Material, vorzugsweise das Gleiche wie bei den Gleitstücken 66, aufweisen. In diesem Fall sind die metallischen Träger der Lager 29, 31, 34 auf die zwei Abschnitte der Welle 28 und den exzentrischen Abschnitt 35 gedrückt, und die selbst-schmierenden Schichten wirken mit den Innenflächen der Öffnungen 25, 27 und 38 zusammen.
Während des Betriebs der Pumpe 15 schmiert jedes Gleitstück 66 wirksam die Oberfläche des flachen Abschnitts 40, sogar wenn der Druck auf der Oberfläche und/oder die Geschwindigkeit der Antriebswelle 28 derart sind, dass der Film des schmierenden Kraftstoffs zusammengedrückt wird, wodurch jedes Risiko des Festfressens beseitigt wird. Die Lager 29, 31 und 34 stellen in ähnlicher Weise eine wirksame Schmierung der Öffnungen 25, 27, 38 bei jedem Druck und bei jeder Betriebsgeschwindigkeit der Pumpe 15 sicher.
Im Vergleich zu dem aktuellen Stand der Technik sorgt die Pumpe gemäß der vorliegenden Erfindung daher für eine Beseitigung jedes Risikos des Festfressens.
Es ist klar, dass Änderungen an der Pumpe, wie sie hierin beschrieben und veranschaulicht ist, durchgeführt werden können, ohne jedoch den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Pumpe ein Einzel-Kolben oder ein Reihen-Kolben-Typ sein, und kann ein anderes als das beschriebene Schmier-System aufweisen, beispielsweise ein Ölbadoder ein unter Druck gesetztes Ölsystem, das von dem Kraftstoff-Kreislauf getrennt ist.
Außerdem kann das Gleitstück 66 anders als kreisförmig ausgebildet sein; das Gleitstück 66 und/oder die Lager 29, 31, 34 können eine andere Anzahl selbst-schmierender Schichten als die beschriebene aufweisen; das Gleitstück 66 kann an dem entsprechenden flachen Abschnitt 40 des Nockens 39 angebracht sein; und schließlich kann das Gleitstück 66 an dem Gleitkörper 43 oder an dem flachen Abschnitt 40 in irgendeiner anderen Weise, wie zum Beispiel durch Schrauben, Schweißen oder Kleben, angebracht sein.

Claims

Radialkolbenpumpe umfassend eine Anzahl von Zylindern (21), die mit jeweiligen Achsen (22) mit einem vorbestimmten Winkel-Abstand um eine Antriebswelle (28) angeordnet sind, und eine Anzahl von Kolben (42), wobei jeder innerhalb eines entsprechenden Zylinders (21) der Anzahl gleitet, wobei ein innerer, vorspringender Abschnitt eines jeden Kolbens (42) an einem jeweiligen Gleitkörper (43) angebracht ist, wobei die Antriebswelle (28) einstückig mit einem exzentrischen Abschnitt (35) ausgebildet ist, der innerhalb eines ringförmigen Nockens (39) rotierbar angeordnet ist, der mit einer Anzahl flacher Abschnitte (40) versehen ist, wobei jeder dem jeweiligen Gleitkörper (43) zugewandt ist, wobei jeder Gleitkörper (43) durch eine entsprechende Feder (44) in Richtung auf den entsprechenden flachen Abschnitt (40) gedrückt wird, wodurch bei der Rotation des exzentrischen Abschnitts (35) in dem ringförmigen Nocken (39) jeder der Gleitkörper (43) eine Gleitbewegung bezüglich dem jeweiligen flachen Abschnitt (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitkörper (43) mit einer kreisförmigen Vertiefung (67) versehen ist, in welcher ein entsprechendes plattenförmiges Gleitstück (66) festgelegt ist, wobei jedes Gleitstück (66) einen metallischen Träger (69) umfasst, wobei das Gleitstück innerhalb der Vertiefung durch den Träger angebracht ist, wobei der Träger mit mindestens einer Schicht (70) aus selbstschmierendem Material, umfassend Polytetrafluoren und Blei, bedeckt ist, wobei die Schicht (70) dem jeweiligen flachen Abschnitt (40) zugewandt ist und elastisch in Kontakt darauf durch den Druck der jeweiligen Feder (44) gehalten ist, um eine Schmierung zwischen den Gleitkörper (43) und dem flachen Abschnitt (40) bei jedem Betriebs-Zustand der Pumpe sicherzustellen.
Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Gleitstück (66) mit dem jeweiligen Gleitkörper (43) verschraubt, verschweißt oder verklebt ist.
Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor, umfassend einen Körper (20) mit einer geschlossenen Kammer (23), die den ringförmigen Nocken (39) und die Gleitkörper (43) aufnimmt und in welche Kraftstoff geführt wird, um die Welle (28) und den ringförmigen Nocken (39) zu schmieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (28) und der exzentrische Abschnitt (35) jeweils ein Gleitlager (29, 31, 34) umfassen, welche wiederum einen metallischen Träger und mindestens eine Schicht des selbst-schmierenden Materials aufweisen.