-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffhochdruckpumpe
und insbesondere auf eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Erhöhen eines
Kraftstoffdrucks, der einem Verbrennungsmotor zugeführt wird.
-
Beschreibung
des Stands der Technik
-
FR-A-2
454 544 offenbart die Merkmale in dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
-
Als
eine Kraftstoffhochdruckpumpe gibt es eine herkömmlich bekannte Plungerpumpe,
die einen Kraftstoff durch einen in einem Zylinder gleitenden Plungerkolben
unter Druck setzt. In einer solchen Plungerpumpe, falls der Kraftstoff
ein Benzin mit einer relativ geringen Viskosität ist, tritt ein aus einem
Zwischenraum zwischen dem Zylinder und dem Plungerkolben ausgelaufener
Kraftstoff in einen mechanischen Gleitabschnitt ein, der den Plungerkolben
durch eine Antriebswelle hin- und herbewegt.
-
Da
der mechanische Gleitabschnitt nicht durch Nutzung von Fett oder Öl geschmiert
werden kann, ist deshalb ein Produkt, in dem der mechanische Gleitabschnitt
durch Benzin geschmiert wird, kommerziell angewandt worden. Ein
Produkt, in dem der mechanische Gleitbereich durch Benzin geschmiert
wird, weist jedoch keinen ausreichenden mechanischen Wirkungsgrad
und Beständigkeit
auf.
-
Hochdruckpumpen,
die das oben beschriebene Problem überwunden haben, sind in den
offengelegten japanischen Patentanmeldungen Nr. 8-232850 und Nr.
7-12029 beschrieben.
-
Die
erstere Veröffentlichung
offenbart eine Kraftstoffpumpe einer axialen Taumelscheiben-Balg-Art
(„swash plate
bellows type"),
bei der ein Axiallager an einen geneigten Randabschnitt eines rotierenden
Schafts angebracht ist, um eine Taumelscheibe zu bilden, und wobei
eine Vielzahl an Pumpenkammern, die durch Bälge gebildet sind, durch Drehen
der Taumelscheibe aufeinanderfolgend expandiert und kontrahiert
werden, und dadurch den in die Pumpenkammern zugeführten Kraftstoff
unter Druck setzen. Gemäß diesem
Stand der Technik, da die Pumpenkammer durch die Bälge gebildet
ist, ist es möglich,
den Kraftstoff am Auslaufen von der Pumpenkammer zu hindern.
-
Die
letztere Veröffentlichung
offenbart eine Technik bei der, um einen von einem Gleitzwischenraum
zwischen einem Kolben und einem Zylinder einer Kraftstoffhochdruckpumpe
ausgelaufenen Kraftstoff am Eintreten in ein Fett zu hindern, das
in ein Lager, ein Nadellager oder desgleichen, gefüllt ist,
eine Membran zwischen einer Kammer, die den Kolben und den Zylinder
unterbringt und einer Kammer, die das Nadellager und desgleichen
unterbringt, vorgesehen ist, und dadurch beide der Kammern flüssigkeitsundurchlässig dichtet.
-
Bei
der in der ersteren Veröffentlichung
offenbarten Technik, bei der die Pumpe durch die Bälge gebildet
wird, wird jedoch ein hoher Druck direkt an die Bälge angewandt
und deshalb gibt es ein Problem, dass der Balg aus Metall, das einen
hohen Druckwiderstand aufweist, hergestellt sein muss, was teuer
ist.
-
Bei
der in der letzteren Veröffentlichung
offenbarten herkömmlichen
Technik, falls die Pumpe einen einzelnen Zylinder aufweist, ist
der Betrieb der Membran eine einfache vertikale Bewegung und es scheint
kein spezielles Problem zu geben. Im Fall einer Kraftstoffhochdruckpumpe,
um einen Auslassstoß zu
reduzieren, weist die Pumpe jedoch eine Vielzahl an Plungerkolben
auf und ist im Allgemeinen in einer axialen Plungerform geformt.
In diesem Fall, falls eine Dichtungsmembran für jeden Plungerkolben vorgesehen
ist, ist ihre Größe erhöht und es
ist nicht praktisch. Um dieses Problem zu vermeiden, falls die Vielzahl
der Plungerkolben durch eine einzelne Membran gedichtet wird, gibt
es ein Problem, dass die Bewegung der Membran zur Zeit des Betriebs
der Plungerkolben teilweise verschieden ist, was in hohem Maße die Beständigkeit
der Membran verschlechtert.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Es
ist deshalb wünschenswert
die oben beschriebenen herkömmlichen
Probleme zu überwinden,
und eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer hohen Beständigkeit
und einer hohen Kraftstoffdichtungsleistung zu schaffen. Eine andere
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verlässliche Kraftstoffhochdruckpumpe
mit einer langen Lebensdauer zu schaffen, in der eine kreisförmig angeordnete
Vielzahl an Kraftstoffpumpen wiederholend betrieben werden kann.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine raumsparende Kraftstoffhochdruckpumpe
zu schaffen.
-
Um
die oben stehenden Aufgaben zu erreichen, wird, gemäß einem
ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 geschaffen.
-
Mit
diesen Merkmalen kann ein mechanischer Gleitabschnitt, der den Kolben
von der Antriebswelle hin- und herbewegt, durch Fett oder Öl geschmiert
werden, und es ist möglich,
den mechanischen Wirkungsgrad und Beständigkeit zu steigern, und die
Bälge können aus
einem preiswerten Material mit geringerem Betriebswiderstand und
ausgezeichneter Adhäsionseigenschaft
in Bezug auf den Kolbenbetrieb, wie beispielsweise Teflon, hergestellt werden.
-
Gemäß einem
zweiten Merkmal der Erfindung wird der Balg an seinem äußeren Ende
an der Seite des Körpers
mit einer Aussparung geformt, und ein Abschnitt einer Balg-Halteplatte
ist so in die Aussparung eingefügt,
dass die Vielzahl der Kraftstoffhochdruckpumpen raumsparend angeordnet
werden kann.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist eine Schnittansicht
einer Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einer hierin beschriebenen Ausführungsform;
-
2 ist eine entlang der Linie
A-A' in 1 genommene Schnittansicht,
um Stellungen und Formen einer Kraftstoffpumpe und einer Balg-Halteplatte zu
zeigen;
-
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht
der Kraftstoffpumpe;
-
4 ist eine Struktur einer
Kolbenschuh-Führungsplatte
(„piston
shoe guide plate")
und einer Stange, um eine Mitte davon zu tragen, und ein kugelförmiger Aufnahmeabschnitt;
-
5 ist eine Ansicht einer
Modifikation der 4.
-
Ausführliche
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
-
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden jetzt detailliert in Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben. 1 ist
eine Schnittansicht einer Kraftstoffhochdruckpumpe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein Gehäuse 1 der Kraftstoffhochdruckpumpe
ist an seinem äußeren Ende
mit Befestigungen versehen, um das Gehäuse 1 an einem Abschnitt
eines Zylinderkopfes eines Verbrennungsmotors (nicht gezeigt) anzubringen,
z. B., Löcher 2a und 2b,
durch die Bolzen geführt
werden. Das Gehäuse 1 trägt drehbar
einen Drehschaft 4 durch ein Lager 3 auf einer
Mittellinie innerhalb des Gehäuses 1.
Eine Öldichtung 5 ist
zwischen dem Gehäuse 1 und
dem Drehschaft 4 vorgesehen. Der Drehschaft 4 ist
an seinem äußeren Ende mit
einem an dem Zylinderkopf angebrachten Nockenschaft (nicht gezeigt)
verbunden und wird gedreht. Eine Drehscheibe 7 ist so an
einem inneren Ende des Drehschafts 4 angebracht, dass die
Drehscheibe in Bezug auf den Drehschaft geneigt ist. Auf die Drehscheibe 7 wird
im Folgenden Bezug genommen als eine Taumelscheibe 7. Einer
der Laufringe 9a des Kugeldrucklagers 9 ist an
der Taumelscheibe 7 befestigt und der andere Laufring 9b ist
an einer Kolbenschuh-Führungsplatte 8 befestigt,
die derartig vorgesehen ist, dass sie der Taumelscheibe 7 entgegensetzt
ist.
-
Ein
Pumpenkopf 11 und ein Körper 12 sind über einen
Bolzen 13 miteinander verbunden. Der Körper 12 ist auf seiner
Mittelachse mit einer Stange 14 versehen. Die Stange 14 ist
an ihrem Ende, das auf die Taumelscheibe 7 zu vorsteht,
mit einem kugelförmigen
Abschnitt 16 versehen. Die Stange 14 wird, durch
eine Feder 15 um die Stange 14, in eine Richtung
des Drehschafts 4 gedrückt.
Die Kolbenschuh-Führungsplatte 8 ist
an ihrem Mittelabschnitt mit einem kugelförmigen Aufnahmeabschnitt 20 versehen.
Der kugelförmige
Aufnahmeabschnitt 20 bringt das kugelförmige Kopfende 16 der
Stange 14 unter. Die Kolbenschuh-Führungsplatte 8 wird
durch die Stange 14 auf die Taumelscheibe 7 zu
gedrückt und
getragen. Der kugelförmige
Aufnahmeabschnitt 20 kann aus Material hergestellt werden,
das für Gleitbewegungen
geeignet ist, wie beispielsweise Phosphorbronze. Ein Zuleitungsdurchgang 17 ist
ein Durchgang zum Zuleiten eines Kraftstoffs und ein Ausgabedurchgang 18 ist
ein Durchgang zum Ausgeben von verdichtetem Kraftstoff. Ein Rückführungsdurchgang 19 ist
ein Durchgang zur Rückführung, zu
einem Kraftstofftank (nicht gezeigt), eines aus einem Zwischenraum
zwischen einem Zylinder und einem Kolben einer Kraftstoffpumpe,
die später beschrieben
wird, ausgelaufenen Kraftstoffs.
-
Wie
in 2 gezeigt, die eine
entlang der Linie A-A' in 1 genommene Schnittansicht
zeigt, sind fünf
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 um die Stange 14 in
dem Körper 12 angeordnet.
Wie in 3 im Detail gezeigt
wird, weist jede der Kraftstoffpumpen 21 bis 25 einen
Zylinder 31 und einen in dem Zylinder 31 hin-
und hergehenden Kolben 32 auf, wobei ein kreisförmiger Abschnitt 33 an
einem äußeren Ende
des Kolbens 32 angebracht ist, und ein Balg 34 außerhalb
des Zylinders 31 und des Kolbens 32 vorgesehen
ist, um einen aus dem Zwischenraum zwischen dem Zylinder 31 und
dem Kolben 32 ausgelaufenen Kraftstoff vollständig zu
dichten. Der Balg 34 ist vorzugsweise aus Harz hergestellt,
wie beispielsweise Teflon. Ein Ende 34a des Balgs 34 ist
an dem Kolben 32 durch einen O-Ring 35 angebracht,
und das andere Ende 34b ist an dem Körper 12 durch einen
anderen O-Ring 36 angebracht. Um zu verhindern, dass der
Befestigungsabschnitt des Balgs 34 verformt wird, wird
das eine Ende 34a, durch den O-Ring 35 über eine
Sicherheitsführungsplatte 37,
auf den Kolben 32 zu gedrückt, und das andere Ende 34b wird von
dem Zylinder 31 geführt.
Der dem anderen Ende 34b entgegengesetzte Zylinder 31,
ist an seiner äußeren Umfangsoberfläche mit einem kraftstoffeinführenden
Durchgang 38, der eine Spiralnut aufweist, geformt. Ein
aus dem Gleitzwischenraum zwischen dem Zylinder 31 und
dem Kolben 32 ausgelaufener Kraftstoff wird an den Durchgang
zur Rückführung 19,
durch den Zwischenraum zwischen dem Balg 34 und einer äußeren Wand
des Zylinders 31 und durch den einführenden Durchgang 38 mit
der Spiralnut, geschickt. Die Form des einführenden Durchgangs 38 soll
nicht auf die Spiralnut begrenzt sein und kann in anderen Formen
geformt werden.
-
Wie
in den 2 und 3 gezeigt, ist jeder der an
die fünf
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 angebrachten Bälge 34 an
dem Körper 12 durch
eine Balg-Halteplatte 41 befestigt, die eine sich in eine
Umfangsrichtung öffnende,
gekerbte Platte umfasst, so dass der Balg 34 nicht von
dem Körper 12 herausgelöst werden
sollte. Die Balg-Halteplatte 41 ist an dem Körper 12 durch
eine Schraube 42 befestigt. Da die Balg-Halteplatte 41 so konstruiert
ist, dass sie in eine in dem anderen Ende 34b des Balgs 34 gebildete Aussparung 34c einfügt wird,
können
die fünf
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 dicht an der Stange 14 angeordnet
werden, wie in 2 gezeigt.
Als ein Ergebnis, kann die Kraftstoffhochdruckpumpe kleiner hergestellt
werden.
-
Der
an dem äußeren Kopfende
des Kolbens 32 jeder der Kraftstoffpumpen 21 bis 25 befestigte kugelförmige Abschnitt 33,
wird in dem Kolbenschuh 43 der Kolbenschuh-Führungsplatte 8 untergebracht, wie
in 4 gezeigt. Die Kolbenschuh-Führungsplatte 8 ist
aus Leichtmetall hergestellt, beispielsweise Aluminium, um das Gewicht
zu reduzieren. Der kugelförmige
Aufnahmeabschnitt 20 ist vorzugsweise aus für Gleitbewegungen
geeignetem Material hergestellt, beispielsweise Phosphorbronze,
wie oben beschrieben.
-
Den
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 jeweils entsprechende
Einlassventile 51 bzw. Auslassventile 52 sind
in dem in 1 gezeigten
Pumpenkopf 11 angeordnet. Ein aus dem Auslassventil 52 ausgelassener Kraftstoff
wird von dem Ausgabedurchgang 18 durch einen zylindrischen
Durchgang, der nicht gezeigt ist, aufgenommen, und wird an einen
Verbrennungsmotor geschickt.
-
Als
nächstes
wird ein Betrieb der Kraftstoffhochdruckpumpe mit der oben beschriebenen
Struktur erklärt.
Angenommen, dass der Drehschaft 4 jetzt eine Energiequelle
von dem in dem Zylinderkopf vorgesehenen Nockenschaft empfängt und
sich dreht. In diesem Fall dreht die mit dem Drehschaft 4 verbundene
Taumelscheibe 7 auch mit der gleichen Drehgeschwindigkeit.
Falls sich die Taumelscheibe 7 dreht, empfängt die
der Taumelscheibe 7 entgegensetzte Kolbenschuh-Führungsplatte 8 eine
Kraft durch das Kugeldrucklager 9 und als ein Ergebnis,
stimmt die Kolbenschuh-Führungsplatte 8 mit
der Drehung der Taumelscheibe 7 überein, und verursacht eine
Präzession
der Kolben-Führungsplatte
in der Mitte des an dem Kopfende der Stange 14 vorgesehenen
kugelförmigen
Abschnitts 16. Das heisst, während die Taumelscheibe 7 eine
Drehung macht, betreiben die fünf
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 aufeinanderfolgend einen
Zyklus des Ansaugens, Verdichtens und Ausstoßens von Kraftstoff, Zyklus
um Zyklus. Als ein Ergebnis, kann der Auslassstoß gesenkt werden. Das Ansaugen
von Kraftstoff kann durch Öffnen
des Einlassventils 51 betrieben werden, um einen von dem Kraftstofftank
durch den Zuleitungsdurchgang 17 geschickten Kraftstoff,
wie z. B. Benzin, anzusaugen.
-
Kraftstoff,
der aufeinanderfolgend durch die fünf Kraftstoffpumpen 21 bis 25 unter
Druck gesetzt wird, wird zum zylindrischen Durchgang durch jeweilige
Auslassventile 52 gesammelt und durch den Ausgabedurchgang 18 an
den Verbrennungsmotor geschickt.
-
Während die
fünf Kraftstoffpumpen
den Zyklus des Ansaugens, Verdichtens und Ausstoßens von Kraftstoff wiederholen,
wird der aus dem Gleitzwischenraum zwischen dem Zylinder 31 und
dem Kolben 32 ausgelaufene Kraftstoff in den Durchgang zur
Rückführung 19 durch
den spiralförmigen
einführenden
Durchgang 38, der in der äußeren Umfangsoberfläche des
Zylinders 31 vorgesehen ist, gesammelt. Zu der Zeit, sollte
der ausgetretene Kraftstoff mittels der Bälge 34 nicht aus den
Kraftstoffpumpen 21 bis 25 ausfließen. Ferner,
da der spiralförmige
einführende
Durchgang 38 vorgesehen ist, wird ein hoher Druck innerhalb
der Bälge 34 nicht
erzeugt. Deshalb können
die Bälge
aus preiswertem und leichtem Harz, beispielsweise Teflon, hergestellt
werden.
-
Ferner,
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform,
da das Kugeldrucklager 9 zwischen der mit dem Drehschaft 4 verbundenen
Taumelscheibe 7 und der Kolbenschuh-Führungsplatte 8 liegt,
kann die Drehkraft des Drehschafts 4 durch das Kugeldrucklager 9 absorbiert
werden. Deshalb ist eine relative Gleitbewegung des Kolbenschuhs 43 reduziert und
die Beständigkeit
gesteigert. Des Weiteren, da der an dem Kopfende der Stange 14 vorgesehene kugelförmige Abschnitt 16 von
dem kugelförmigen Aufnahmeabschnitt 20 aufgenommen
wird, kann die Präzession
der Kolbenschuh-Führungsplatte 8 sanfter
gemacht und die Beständigkeit
der Kolbenschuh-Führungsplatte 8 kann
gesteigert werden.
-
Als
nächstes
wird eine Modifikation des kugelförmigen Aufnahmeabschnitts 20 in
Bezug auf 5 erklärt. Diese
Modifikation ist dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Kopfende
der Stange 14 vorgesehene kugelförmige Abschnitt 16 direkt
durch einen kugelförmigen
Aufnahmeabschnitt aufgenommen wird, der integral mit der Kolbenschuh-Führung 8 gebildet
ist. Mit dieser Struktur kann der kugelförmige Aufnahmeabschnitt 20,
der getrennt von der Kolbenschuh-Führungsplatte 8 war,
weggelassen werden, was die Kosten weiter reduzieren kann.
-
Wie
aus der oberen Beschreibung offensichtlich ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung, da der aus einem Zwischenraum zwischen dem Zylinder 31 und
dem Kolben 32 ausgelaufene Kraftstoff mittels der Bälge vollständig gedichtet
werden kann, ist es möglich,
durch Nutzung von Fett oder Öl,
den mechanischen Gleitabschnitt zu schmieren, der die Drehung des
Drehschafts in die Hin- und Herbewegung des Kolbens übersetzt,
und es ist möglich,
den mechanischen Wirkungsgrad und die. Verlässlichkeit zu steigern.
-
Ferner,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, da ein hoher Druck nicht direkt an die Bälge angewandt
wird, können
die Bälge
aus einem preiswerten Material, beispielsweise Teflon, hergestellt
werden. Deshalb können
die Herstellungskosten der Kraftstoffhochdruckpumpe gesenkt werden.
-
Des
Weiteren, gemäß der vorliegenden
Erfindung, da das eine Öffnung
außerhalb
aufweisende Balg-Halteelement in der Balg-Halteplatte gebildet ist,
und das Balg-Halteelement in die Aussparung eingefügt wird,
die in der Außenseite
des Endes an der Seite des Körpers
der Bälge
geformt ist, kann die Vielzahl der Kraftstoffpumpen raumsparend
angeordnet und die kleine Kraftstoffhochdruckpumpe kann produziert
werden.
-
Ferner,
gemäß der vorliegenden
Erfindung, da die die Kolben der Vielzahl der Kraftstoffpumpen wiederholend
drückende
Kolbenschuh-Führungsplatte
schwingbar durch den an dem Kopfende der Stange vorgesehenen kugelförmigen Abschnitt,
der in der Mitte des Körpers
der Kraftstoffhochdruckpumpe steht, getragen wird, ist es möglich, eine
verlässliche
Kraftstoffhochdruckpumpe mit einer langen Lebensdauer zu schaffen.