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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Common-Rail-Pumpe
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Die
Benzindirekteinspritzung besitzt hinsichtlich der Emissionen und
der Kraftstoffersparnis einige klare Vorteile, vor allem deswegen,
weil sie ein höheres
Kompressionsverhältnis
des Motors (das sich direkt auf den Wirkungsgrad des thermischen
Kreislaufs auswirkt) ermöglicht,
ohne jedoch Benzin mit einer hohen Oktanzahl (verbleites Benzin)
zu erfordern.
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Viele
Hersteller von Personenkraftwagen versuchen gegenwärtig, solche
Systeme zu entwickeln, jedoch ist eines der Haupthindernisse die Nichtverfügbarkeit
einer zuverlässigen,
preiswerten Pumpe, die einen verhältnismäßig hohen Druck erzeugen kann.
Momentan in der industriellen Entwicklung stehende Hochdruck-Förderpumpen
für Diesel-Common-Rail-Anwendungen könnten theoretisch
ohne weiteres zur Verwendung in Benzindirekteinspritzungs-Common-Rail-Systemen
modifiziert werden. Jedoch würde
eine solche Pumpe, ihrem Entwurf eigentümlich, auf Grund der vielen
Kompromisse, die geschlossen werden müssten, einige schwerwiegende
Nachteile besitzen.
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Um
die Bildung von Dampfhohlräumen
in dem Pumpengehäuse
(vor allem in dem Nockenkasten) zu verhindern, müsste das Pumpengehäuse, um mit
den Schwankungen der Kraftstoffqualität (Winterkraftstoff) fertig
zu werden und um unter allen denkbaren Bedingungen (Temperatur und
Höhe) zu
arbeiten, stets mit einem Druck von wenigstens etwa 2 bar beaufschlagt
werden.
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Die
(elektrische) Förderpumpe
muss entweder in dem Tank selbst oder in nächster Nähe angeordnet sein. An einem
heißen
Sommertag und bei nur teilweise gefülltem Tank (schnellere Kraftstoffrückführung) kann
die Kraftstofftemperatur in dem Tank geschätzte Niveaus von bis zu 140 °F erreichen.
Wegen des niedrigen Benzindampfdrucks muss die Förderpumpe unterhalb des tiefsten
erwarteten Kraftstoffpegels in dem Tank installiert sein, um eine
so genannte positive Saughöhe
sicherzustellen.
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Typische
elektrische Förderpumpen,
die bei herkömmlichem
Niederdruck verwendet werden und zumeist als Pumpen mit indirekter
Einspritzung oder Langrohr-Benzineinspritzung bezeichnet werden,
arbeiten gewöhnlich
in dem Druckbereich von etwa 3–4 bar.
Ein solcher Speisedruck ist für
eine Verwendung in einer zum Pumpen von Benzin geeigneten Diesel-Förderpumpe
unzureichend.
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Unter
Berücksichtigung
der kurzen Ladedauer einer intermittierend arbeitenden Nocke und
dem höheren
Drehzahlbereich von Benzinmotoren, des Fehlens einer durch Zurückziehung
unterstützten
Bewegungsumkehr der Tauchkolben/Gleitkörper/Walze-Anordnung sowie
der Notwendigkeit, dem geforderten höheren Gehäusedruck Herr zu werden, würde der
Mindestdruck, den die Förderpumpe
erzeugen müsste,
weit über
7 bar liegen, die mehr oder weniger dem Druckgrenzwert eines typischen
Kraftstofffilters entsprechen.
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Wegen
der Brandgefahr im Fall eines kleinen Benzinlecks müssten alle
dynamischen und stationären
Dichtungen modifiziert werden, um eine vollkommene Abdichtung des
höheren
Drucks sicherzustellen, und müsste
jede Dichtung durch eine weitere redundante Dichtung abgesichert
werden. Dies würde zu
einem starken Anwachsen der Gesamtabmessungen einer Dieselpumpe
führen,
die für
die im Allgemeinen kleineren Benzinmotoren bereits zu groß ist.
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Bei
einem 120-bar-Druckpegel wäre
die Menge des lediglich durch Kraftstoffkompressibilität in der
Druckleitung gespeicherten und für
die Einspritzung verfügbaren
Kraftstoffs minimal. Um einen mehr oder weniger konstanten Druckleitungsdruck, der
für den
Betrieb einer gesteuerten Einspritzvorrichtung erforderlich ist,
aufrechtzuerhalten, wäre entweder
ein größeres Speichervolumen
oder irgendeine Art von Speicherunterstützung notwendig. Jedoch würde die
sich ergebende niedrige "Federkonstante" des Speichers eine
weitere Erhöhung
der Pumpenkapazität
erfordern, um eine zufrieden stellende Systemdynamik (sowohl für eine Pumpe
mit dosiertem Einlass als auch eine Waste-Gate-gesteuerte Pumpe)
sicherzustellen, was zu vielen weiteren möglichen Problemen wie etwa
einer Zunahme des Durchmessers der Versorgungsleitung, einer größeren Kapazität des Kraftstofffilters,
einer größeren Förderpumpenkapazität (mit störender Energie-
und Wärmedissipation)
und der (Ablade- oder Einlassdosierungs-) Auslegung des Steuerventils
und dessen elektrischen Anforderungen führen würde.
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Aus
US-A- 2 394 285 ist eine Pumpe bekannt, bei der der Kraftstoff durch
den jeweiligen Gleitkörper
jedes Tauchkolbens zugeführt
wird. Bei der aus DE-A- 19 627 757 bekannten Pumpe ist jedem einzelnen
Gleitkörper
und jedem einzelnen Tauchkolben eine Rückhaltefeder zugeordnet. Bei der
aus US-A- 5 630 708 bekannten Pumpe sind die inneren Tauchkolbenladedurchlässe nicht
zu dem Hohlraum an dem inneren Ende der Tauchkolben hin offen und überspannen
die Rückhaltemittel
nicht alle Gleitkörpermittel.
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Es
ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochdruck-Common-Rail-Förderpumpe
zu schaffen, die für
Benzineinspritzung optimiert ist. Insbesondere ist es eine Aufgabe,
eine solche Kraftstoff-Förderpumpe
in Verbindung mit einer herkömmlichen
elektrischen Benzin-Förderpumpe
zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe, eine solche Benzin-Förderpumpe zu schaffen, die
gegen die Bildung von Dampfhohlräumen
resistent ist.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine solche Hochdruck-Förderpumpe
zu schaffen, die einen konstanten Druckleitungsdruck während der
vollen Umdrehung der Pumpenantriebswelle aufrechtzuerhalten, um
dadurch eine direkte Open-Loop-Steuerung der Einspritzvorrichtung
zu erleichtern.
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Die
Erfindung ist in den Ansprüchen
definiert und auf die Ausführungsformen
nach den 10 und 11 gerichtet.
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Gemäß einem
grundlegenden Aspekt der vorliegenden Erfindung sind einzelne Pumptauchkolbenbohrungen
und zugeordnete Pumpkammern radial im gleichen Winkelabstand in
einem Pumpengehäuse
angebracht. Die Pumptauchkolben werden von einem Exzenter, der durch
die Pumpenantriebswelle und die zugeordneten festgehaltenen Gleitkörpern oder
Gleitschuhen gedreht wird, radial nach außen getrieben und nach innen
zurückgezogen.
Da die Gleitkörper
gezwungen werden, dem Exzenter über
die vollständigen
360° der
Drehung zu folgen, können
die Gleitkörper
ihrerseits eine integrale Rolle für die Implementierung der Funktion
eines Einlassrückschlagventils,
das den Fluss durch einen Ladedurchlass in jedem Tauchkolben in
einer Richtung radial nach außen
in eine entsprechende Pumpkammer steuert, spielen. Während der
Bewegung eines jeden Tauchkolbens radial nach innen, wodurch er von
dem Antriebselement und Gleitkörper
zur Mitte der Pumpe gezogen wird, wird ein Vakuum an der Pumpkammer
hervorgerufen. Kraftstoff mit einem relativ niedrigen Druck aus
dem Pumpenhohlraum, der das Antriebselement umgibt, wird durch Öffnungen
in dem radial inneren Ende des Tauchkolbens und durch einen Einlassdurchgang
in dem Tauchkolben in die Pumpkammer gesaugt. Der Pfad, dem der
Niederdruckkraftstoff aus dem Hohlraum in den Einlassdurchgang des
Tauchkolbens folgt, kann auf verschiedenartige Weise einschließlich des
direkten Flusses von einer radial inneren Seitenwand des Tauchkolbens
in den zentralen Einlassdurchgang ausgeführt sein. In dem Gehäuse ist
vorzugsweise eine gemeinsame Druckleitung angeordnet, die mit allen
Entleerungsdurchlässen
von den Pumpkammern stromabwärts
der Entleerungsrückschlagventile
in Fluidverbindung steht.
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Diese
und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme
auf die begleitende Zeichnung näher
erläutert,
worin:
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1 eine
schematische Darstellung der Benzin-Förderpumpe in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine
Draufsicht einer Förderpumpe
ist;
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3 eine
längs der
Linie 3-3 in 2 aufgenommene Längsschnittsansicht
ist;
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4 eine
längs der
Linie 4-4 in 3 aufgenommene Querschnittsansicht
ist;
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5 eine
Stirnansicht der in 2 gezeigten Pumpe von rechts
ist;
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6 eine
Detailansicht des Pumptauchkolbens und des zugeordneten Antriebselementes,
die in 3 gezeigt sind, ist;
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7 eine
Detailansicht der Drehverbindung zwischen dem Pumptauchkolben und
dem Antriebsgleitkörper,
die in 6 gezeigt sind, zu einem Zeitpunkt, zu dem sich
der Gleitkörper
vorübergehend von
dem Antriebselement gelöst
hat, um zur Abgabe an die Tauchkolben-Pumpkammer von 6 Niederdruckkraftstoff
in den Einlassdurchgang zu lassen, ist;
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8 eine
schematische Darstellung des unausgeglichenen Bereichs zwischen
dem Gleitkörper
und dem Antriebselement zum Zeitpunkt maximaler Gleitkörperbelastung
und Lagerbelastung ist;
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9 eine
längs der
Linie 9-9 in 5 aufgenommene Längsschnittsansicht
ist;
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10 eine
Detailansicht einer Ausführungsform
der Erfindung zur Abgabe von Niederdruckkraftstoff durch den Einlassdurchgang
des Tauchkolbens an die Pumpkammer ist;
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11 eine
Detailansicht einer weiteren Ausführungsform zur Abgabe von Niederdruckkraftstoff
durch den Einlassdurchgang des Tauchkolbens an die Pumpkammer ist;
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12 eine
Längsschnittsansicht
einer Weiterentwicklung der in 3 gezeigten
Pumpe ist, wobei in die Abdeckung des Pumpengehäuses ein Steuersystem für variablen
Druckleitungsdruck integriert ist;
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13 eine
schematische Darstellung des gemäß der in 12 gezeigten
Entwicklung implementierten Druckleitungsdruck-Modulationsverfahrens
ist;
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14 eine
sich auf 2 beziehende schematische Darstellung
einer alternativen Wellenabdichtung ist;
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15 eine
Längsschnittsansicht
einer Abwandlung der in 3 gezeigten Pumpe ist, wobei Niederdruckkraftstoff über einen
Schlitz in dem Antriebselement in den Einlassdurchgang des Pumptauchkolbens
eingeführt
wird;
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16 eine
längs der
Linie 16-16 in 15 aufgenommene Querschnittsansicht
ist, die außerdem
eine alternative Anordnung für
die Rückhaltung der
Gleitkörper
gegenüber
dem Antriebselement zeigt;
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die 17(a)-(d) die Beziehung zwischen dem Schlitz
an dem Antriebselement und drei Tauchkolben- und Gleitkörperanordnungen
während
der Ladebetriebsphase einer der Pumpkammern im Detail zeigen;
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18 eine
vergrößerte Ansicht
in einem Schnitt einer Ausführungsform
des in 16 gezeigten Gleitkörperelements
ist.
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19 eine
Draufsicht der Oberfläche
des Gleitkörpers
von 18, der mit dem Antriebselement in Eingriff ist,
ist;
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20 eine
alternative Ausführungsform des
in 18 gezeigten Gleitkörpers ist;
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21 eine
Draufsicht der Oberfläche
des Gleitkörpers
von 20 ist;
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22 eine
Alternative zu der in 14 gezeigten Pumpe zum Implementieren
einer Dichtung längs
der Antriebskammer in einem Gehäuse,
das eine relativ kleine axiale Abmessung besitzt, ist;
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23 eine
vergrößerte Ansicht
einer bevorzugten Tauchkolbenstopfenanordnung ist, die sowohl einfach
herzustellen als auch einfach zu installieren ist;
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24 eine
auseinander gezogene Ansicht von zwei Komponenten in einer Perspektive
ist, die zeigt, wie sie so ineinander geschoben werden können, dass
sie die in 23 gezeigte Tauchkolbenstopfenanordnung
bilden; und
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25 eine
weitere Pumpe zeigt, bei der der Pumpenkörper auch ein Gehäuse für eine Elektromotoreinheit
bildet und wobei die Pumpe an einem Kraftstofftank angebracht werden
kann und Kraftstoff direkt aus dem Tank in den Pumpenhohlraum saugt.
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1 ist
eine Prinzipdarstellung eines Benzin-Kraftstoffeinspritzsystems 10,
das einen Kraftstofftank 12 und eine Niederdruck-Förderpumpe 14 mit
einem zugeordneten Druckregler zur Abgabe von Kraftstoff über eine
Niederdruck-Kraftstoffleitung oder Saugleitung 16 an die
Hochdruck-Kraftstoffförderpumpe
bei einem Förderdruck
im Bereich von 2–5 bar,
vorzugsweise im Bereich von 3–4
bar, umfasst. Die Förderpumpe 14 kann
eine herkömmliche
elektrische Pumpe sein. Der Kraftstoff von der Förderpumpe 14 tritt
durch einen Zuführdurchgang 20,
in dem der Kraftstoffdruck auf einen Wert, der 100 bar überschreitet,
erhöht
und in der gemeinsamen Druckleitung (= Common Rail) innerhalb der
Pumpe gehalten wird, in die Förderpumpe 18 ein.
Mit jenem Druckleitungsdruck wird die äußere gemeinsame Druckleitung 24 für die Abgabe
an mehre Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 26, wovon jede
durch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtungs-Zweigleitung 28 gespeist
und durch ein zugeordnetes Einspritzvorrichtungs-Steuerventil 30 gesteuert
wird, beaufschlagt. Die Einspritzvorrichtungs-Steuerventile 30 werden
durch den Einspritzvorrichtungs-Controller 32 gesteuert, der
seinerseits unter der Steuerung der (nicht gezeigten) elektronischen
Steuereinheit für
den Motor steht. Jede der Einspritzvorrichtungen 26 ist
in einer Weise, die auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, einem Zylinder
einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine zugeordnet.
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Die
Hochdruck-Förderpumpe 18 ist
aus einem Pumpengehäuse 34 und
einem inneren Hohlraum 36, dem der Niederdruckkraftstoff über einen Zufuhrdurchgang 20 zugeführt wird,
aufgebaut. Es sei hervorgehoben, dass der Hohlraum bei dem Zufuhrdruck
von wenigstens 2 bar mit Kraftstoff gefüllt wird. In dem Hohlraum 36 kann
sich ein exzentrisches Antriebselement 38 um eine Vorwelle 40 drehen,
um den Kraftstoffdruck für
die innere gemeinsame Druckleitung 22 in der folgenden
Weise zu erhöhen.
Von dem Hohlraum erstrecken sich radial, im Allgemeinen im gleichen
Winkelabstand, mehrere Tauchkolbenbohrungen 42. Ein Pumptauchkolben 44 befindet
sich in einer entsprechenden Bohrung 42, um sich darin
als Ergebnis der exzentrischen Drehung des Antriebselements 38 radial
hin und her zu bewegen. An dem radial äußeren Ende jedes Tauchkolbens 44 ist
eine Pumpkammer 46 ausgebildet. Durch den Hohlraum-Einlassanschluss 48 tritt
Kraftstoff unter Zufuhrdruck in den Hohlraum ein. Wenn dieser Kraftstoff
den Hohlraum 36 füllt,
füllt er
ebenso die jeweiligen Ladedurchlässe 50,
die normalerweise durch das Laderückschlagventil 52 verschlossen sind.
Die Tauchkolben 44 werden in einer Weise, die weiter unten
näher beschrieben
wird, mittels festgehaltener Gleitkörper oder Gleitschuhe, die
gezwungen werden, dem Exzenter über
360° der
Umdrehung zu folgen, betätigt.
Es ist zu erkennen, dass dann, wenn jeder Tauchkolben 44 unter
Kontakt mit dem Antriebselement 38 radial nach innen gezogen wird,
der Druck in der Pumpkammer 46 verringert wird, wodurch
das Laderückschlagventil 52 geöffnet wird
und dadurch Kraftstoff mit dem Hohlraumdruck zu der Pumpkammer 46 geliefert
wird. Anschließend, wenn
der Tauchkolben 44 durch die Drehung des Antriebselements 38 radial
nach außen
gedrängt
wird, wird der Kraftstoff in der Pumpkammer 46 Hochdruck unterworfen,
wodurch das Entleerungsrückschlagventil 54 geöffnet wird
und der Kraftstoff durch den Entleerungsdurchlass 56 in
die innere gemeinsame Druckleitung 22 strömt.
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Es
sei hervorgehoben, dass während
des gesamten Zyklus für
jede Pumpkammer 46 der Mindestdruck überall in dem Gehäuse ohne
jegliche Lücken,
die eine Verdampfung einleiten würden,
vorzugsweise im Bereich von 3–4
bar psi liegt.
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In
dem Gehäuse
kann zwischen der inneren gemeinsamen Druckleitung 22 und
dem Hohlraum 36 ein Druckleitungsdruckregler 58 eingefügt sein, der
sicherstellt, dass der Druckleitungsdruck einen vorgegebenen Grenzwert
nicht überschreitet.
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Optional
kann zwischen dem Hohlraum 36 und dem Kraftstofftank 12 eine
Niederdruckkraftstoff-Rückführungsleitung 60 vorgesehen
sein, die einen Teil der von der Pumpe erzeugten Wärme ableitet.
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Die 2-9 veranschaulichen
bestimmte Merkmale der in 1 schematisch
gezeigten Erfindung. Wie vor allem in den 2 und 3 gezeigt
ist, umfasst die Kraftstoffförderpumpe 18 einen Körper 62 und
eine abnehmbare Abdeckung 64. Der Körper an dem der Abdeckung entgegengesetzten Ende
bildet einen Flansch 66 zur Verbindung mit dem Motor. Die
Antriebswelle 68 für
die Pumpe wird von dem Motor in einer Weise, die auf diesem technischen
Gebiet wohlbekannt ist, direkt oder indirekt angetrieben. Die Antriebswelle 68 dreht
sich um eine Längsachse 70 der
Pumpe 14. Das Pumpengehäuse 34 kann
für augenblickliche
Zwecke so betrachtet werden, dass es die Kombination aus dem Pumpenkörper 62,
der Pumpenabdeckung 64 und damit einteilig ausgebildeten
Komponenten bildet, wobei ein hinteres Gehäuseende 72 und ein
vorderes Gehäuseende 74 unterschieden
werden können.
Der Pumpenkörper 62 weist
eine Antriebswellenbohrung 76 auf, die sich koaxial vom
hinteren Ende des Gehäuses
zu dem Hohlraum 36 erstreckt. Die drehbare Antriebswelle 68 befindet
sich koaxial in der Antriebswellenbohrung 76 und ist darin
durch eine Halbnassbüchse 78 mit
einem vorderen und einem hinteren Ende gelagert. Die Antriebswelle
ist (vorzugsweise integral) mit dem exzentrischen Antriebselement 38 in
dem Hohlraum 36 starr verbunden. Die Antriebswellenbohrung 76 umfasst
eine vordere Dichtungskammer 80, die zwischen den Hohlraum 36,
mit diesem in Fluidverbindung stehend, und das vorderen Ende der
Büchse 78 eingefügt ist,
während
zwischen dem hinteren Ende der Büchse 78,
mit diesem in Fluidverbindung stehend, und einem Umge bungsdruckzustand
eine hintere Dichtungskammer 82 eingefügt ist. In der vorderen Dichtungskammer 80 befinden sich
erste und zweite Dichtungen 84, 86 zum Abdichten
gegen den Kraftstoffstrom in dem Hohlraum 36 durch die
Antriebswellenbohrung 76. Außerdem befindet sich in der
hinteren Dichtungskammer 82 eine hintere Niederdruckdichtung 88,
die jeglichen Kraftstofffluss, der durch die Hochdruckdichtung und durch
die Bohrung für
die Halbnassbüchse
zu dem hinteren Ende der Büchse
entweichen könnte,
an einem Entweichen aus der Hinterseite des Gehäuses hindert. Die vorderen
Dichtungsmittel 84, 86 sollten ausreichend sein,
um ein Entweichen von Kraftstoff aus dem Gehäuse zu verhindern. Nichtsdestoweniger
schafft im Fall eines Entweichens durch die Halbnassbüchse 78 die
dritte Sicherheitsdichtung nicht nur eine physische Barriere gegen
eine Leckage, sondern ist niemals Hochdruck ausgesetzt, da ihre Büchsenseite,
vorzugsweise durch eine Niederdruckrückleitung 83 zu dem
Kraftstofftank, stets entlüftet
ist.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 3-6 wird
nun eine mögliche
Wechselwirkung zwischen den Pumptauchkolben 44 genau beschrieben.
Selbstverständlich
wäre der
Tauchkolben typischerweise in einem herausnehmbaren Tauchkolbenstopfen 90 angeordnet,
der in den Gehäusekörper 62 eindringt.
Zu Zwecken der vorliegenden Beschreibung kann jedoch angenommen
werden, dass der Tauchkolbenstopfen 90 einteilig mit dem
Pumpengehäuse 34 ausgebildet
und somit ein Bestandteil von diesem ist. Jeder Tauchkolben 44 ist
vorzugsweise gelenkig mit einem Nockengleitkörper 92 verbunden,
wobei Rückhaltemittel
wie etwa der Belastungsring 94 die Gleitkörper 92 gegen
das Außenprofil
des exzentrischen Antriebselements 38 drängen.
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Wenn
die zusammengebaute Pumpe 18 von der Vorderseite 74 her
betrachtet wird, wie beispielsweise in 5 angegeben
ist, sind sechs Abdeckungsbolzen 96 sowie die Hochdruckverbindung 98 für die (nicht
gezeigte) äußere Druckleitung,
der Stopfen, der den Druckleitungsdruckbegrenzer 58 enthält, und
der Verbinder für
die optionale Niederdruck-Rückführungsleitung 60 zu
erkennen. Hier ist die Verbindung für den Zufuhreinlassanschluss 48 auf
die Längsachse 70 zentriert.
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Wie
insbesondere in den 4 und 6 gezeigt
ist, weist jeder Tauchkolben 44 ein äußeres Ende 100 und
ein inneres Ende 102 auf. Der Begriff "Ende",
wie er hier verwendet wird, sollte so verstanden werden, dass er
denjenigen Abschnitt des Elements an einem Endpunkt oder einen Abschnitt,
der sich näher
bei dem Endpunkt als bei der Mitte des Elements befindet, bedeutet.
Durch den Tauchkol ben 44 verläuft im Wesentlichen koaxial
ein Ladedurchlass 104, obwohl die Querschnittsfläche nicht
gleichmäßig sein
muss. Das innere Ende 102 des Tauchkolbens ist vorzugsweise
im Wesentlichen kugelförmig
ausgebildet, so dass es in einen von dem Gleitkörper 92 ausgehenden
Schlitten 112 oder dergleichen passt. Das radial innere
Ende 102 des Tauchkolbens weist eine innere Öffnung 106 für den Ladedurchlass 104 auf,
die sich mit einer Gleitkörperbohrung 114 deckt.
Um jeden Gleitkörper 92 ist
auf beiden Seiten des Schlittens ein im Wesentlichen kreisförmiger Belastungsring
gewickelt, wodurch sämtliche
Gleitkörper 92 gegen
das Außenprofil 110 des exzentrischen
Antriebselements 38 gedrängt werden.
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Wenn
sich Antriebselement 38 exzentrisch dreht, bewegt sich
als Folge jeder Tauchkolben 44 zu einer inneren Grenzposition,
was in der Pumpkammer 46 in dem äußeren Ende der Tauchkolbenbohrung 42 einen
Niederdruck herbeiführt,
und zu einer äußeren Grenzposition,
die einen Hochdruck in der Pumpkammer aufbaut, hin und her. In ziemlich
herkömmlicher
Weise wird der mit Hochdruck beaufschlagte Kraftstoff in der Pumpkammer 46 durch
das Entleerungsrückschlagventil 54 in
den Entleerungsdurchlass 56 abgegeben, der seinerseits
mit der inneren gemeinsamen Druckleitung 22 zur Vorderseite des
Pumpenkörpers 62 in
Fluidverbindung steht.
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Hier
erfüllen
der Tauchkolben 44 und der zugeordnete Gleitkörper 92 die
Funktion des Entleerungsdurchlasses 50 und des Laderückschlagventils 52,
die in der schematischen Darstellung von 1 gezeigt
sind. Es sei hervorgehoben, dass dann wenn die Größe und die
Rückfederung
der Gleitkörperrückhalteringe 94 geeignet
gewählt
sind, ein kleiner und vorübergehender
Spalt oder Raum erzeugt werden kann, wenn das Antriebselement fortfährt, sich über den
Punkt hinaus, an dem sich der Tauchkolben 44 an seiner
radial äußeren Grenzposition
befindet, zu drehen. Dieser Zustand ist in 7 gezeigt,
wo zwischen dem Außenprofil 110 des
Antriebselements und der gekrümmten
Gleitfläche
des Gleitkörpers 92 ein
Hubraum 120 erkennbar ist. Der gleichzeitige Zustand eines
Niederdrucks, der in der Pumpkammer 46 während der
Bewegung des Kolbens 44 radial nach innen infolge der "spielfreien" Verbindung mit dem
Gleitkörper 92 erzeugt
wird, und der Freigabe der Gleitkörperbohrung 114 und
somit des Entleerungsdurchlasses 104 für den Kraftstoff bei Zufuhrdruck
in dem Hohlraum erzeugt einen Ladefluss in die Pumpkammer 44.
Dieser Fluss kann durch Vorsehen von Kanälen 116 in der Gleitfläche des
Gleitkörpers 92 verstärkt werden.
Im Wesentlichen dienen diese Kanäle
während
jenes Abschnitts des Drehzyklus des Antriebsele ments 56,
während
dem der Gleitkörper
dicht folgt und deshalb gegen das Außenprofil abgedichtet ist,
als Kraftstoffspeicher. Der maximale Abdichtkontakt tritt an der
inneren Aufstandsfläche 118 gegen
das Außenprofil 110 auf.
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Dieser
Kontakt ist in 8 gezeigt, wo die Lastfläche 122 kreuzweise
schraffiert gezeigt ist. In 8 entspricht
der Radius R1 dem Einlassanschluss für die Gleitkörperbohrung,
während
der größere Radius
R2 dem Außendurchmesser des Tauchkolbens
entspricht. Durch Wahl dieser Radien in der Weise, dass entsprechende
Flächen
und somit die jeweiligen Kräfte
die Gleitkörperlast
verringern, jedoch nicht so stark, dass sie unerwünschter
Weise abheben, kann die Gleitkörperlast
gegenüber
dem Antriebselement auf einem zufrieden stellenden Niveau aufrechterhalten
werden, das annehmbare Drehmomentlasten auf die Welle und Seitenlasten auf
den Tauchkolben erzeugt, was zu einem geringeren Verschleiß an allen
Komponenten führt.
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In 9 ist
ein Druckleitungsdruckregler wenigstens teilweise in der Abdeckung 64 und
teilweise in dem Körper 62 angeordnet.
In 9 besitzt der Regler 58 eine Hochdruckseite 124,
die mit der inneren Druckleitung in Fluidverbindung steht, und eine Niederdruckseite 128,
die über
den Durchlass 126 mit dem Hohlraum 36 verbunden
ist. Ein herkömmliches
Kugelventilelement 132, das durch eine Feder 130 gegen
einen Sitz 134 belastet wird, kann so eingestellt sein,
dass es bei einem spezifizierten Druckleitungsgrenzdruck öffnet.
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10 zeigt
das Laden durch den Tauchkolben 44 gemäß der Erfindung. Die Belastungsringe 92', die wie oben
beschrieben worden ist, sich auf beiden Seiten des Gleitkörperschlittens 112 befinden,
drücken
jedes der Gleitkörpermittel
gegen das Außenprofil
des Antriebselements ohne Notwendigkeit einer vorübergehenden
Trennung. In dieser Ausführungsform
ist das Laderückschlagventil 136 vollständig in
einer Ventilkammer 104' in
dem oberen Abschnitt des Einlassdurchgangs 104 innerhalb
des Tauchkolbens 44 ausgebildet. Ein Belastungsring 138 wirkt
auf die Ventilkugel 140 ein, um gegen den Sitz 142 abzudichten,
und blockiert den unteren Abschnitt 104" des Entleerungsdurchlasses 104 während der
Bewegung des Tauchkolbens 44 radial nach außen zur
Druckbeaufschlagung der Pumpkammer 46. Die Feder 138 wird
durch eine Halterung 144, die eine durchgehende Bohrung 146 aufweist,
zurückgehalten.
Der Ladeanschluss 148 befindet sich an dem inneren Ende
des Tauchkolbens 44 zwischen dem Gleitkörper und dem Sitz 142,
so dass er dem Kraftstoff in dem Hohlraum 36 ständig ausgesetzt
ist. Wie oben beschrieben worden ist, wird dann, wenn der Tauchkolben 44 durch den
dem Außenprofil 110 des Antriebselements
folgenden Gleitkörper 92 radial nach
innen gezogen wird, ein Niederdruck in der Pumpkammer erzeugt, der
den Kraftstoff durch den Ladeanschluss 148 und das Laderückschlagventil 136,
das infolge des höheren
Drucks in dem Hohlraum in Bezug auf den niedrigeren Druck in der Pumpkammer öffnet, ansaugt.
In dieser Ausführungsform
sind keine Einlassbohrung oder andere spezielle Formationen oder
Strukturen an der gekrümmten
Gleitfläche
des Gleitkörpers 92 erforderlich.
Der Hauptvorteil des Vorhandenseins eines kleinen Rückschlagventils
innerhalb des Tauchkolbens ist die Bidirektionalität der Antriebsmöglichkeit.
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11 zeigt
eine weitere Ausführungsform des
Laderückschlagventils,
die jener, die in 10 gezeigt ist, darin gleicht,
dass sich die Gleitkörper normalerweise
nicht von dem Antriebselement lösen und
das Ladeventil Kraftstoff von dem sich in dem Tauchkolben befindlichen
Ladeanschluss ansaugt, jedoch des Weiteren einen Ausgleichsdurchlass 150 enthält, der
sich von dem Ladedurchlass 104' an einer Stelle radial auswärts des
Ventilsitzes 142' zu
der Gleitkörperbohrung 114', die dem Außenprofil 110 des
Antriebselements gegenüberliegt,
erstreckt. Diese Ausführungsform
kann ebenfalls die Gleitkörperkanäle 116 umfassen.
Die in 11 gezeigte Ausgleichsdurchlassanordnung
erzielt eine Netto-Normalkraftverringerung, wobei dies die Wärme und
die tauchkolbenseitige Belastung reduziert.
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Die 12 und 13 zeigen
ein verbessertes Merkmal der Steuerung des variablen Druckleitungsdrucks,
das zum großen
Teil in der modifizierten Abdeckung 64' aufgenommen sein kann. Dieses Druckmodulationsmerkmal 156 umfasst
ein proportionales Magnetventil 158, das in der Abdeckung 64' angebracht
ist, und einen Durchlass 160 von dem Ventil 158 durch
die Abdeckung, der mit dem Druckleitungsdruck in Fluidverbindung
steht. Außerdem
erstreckt sich ein weiterer Druckdurchlass 162 von dem Magnetventil 158 durch
die Abdeckung zur Fluidverbindung mit dem Hohlraum 36.
Die Ventilanordnung 156 innerhalb der Abdeckung 64' ist in 13 schematisch
gezeigt und umfasst eine Steuerkolbenkammer 164 mit einem
gesteuerten Ende 166 und ein Steuerende 168. In
der Steuerkolbenkammer 164 befindet sich ein Steuerkolben 170 mit
einem entsprechenden gesteuerten Ende 172 und einem Steuerende 174.
Der Steuerkolben 170 wird durch die Feder 176 belastet,
um an dem gesteuerten Ende der Kammer 164 ein Ventilelement 180 gegen
den Ventilsitz 178 zu drängen. Der Druckleitungs-Druckdurchlass 162 verzweigt
sich in einen ersten Druckleitungsdruckzweig 182, wobei
der Druck stromabwärts
des Ventilelements 180 aufgebracht wird, und einen zweiten
Druckleitungsdruckzweig 184, der durch den Drosselkörper 190 mit
dem gesteuerten Ende 174 des Kolbens in Fluidverbindung
steht. Der Hohlraum-Druckdurchlass 162 verzweigt
sich in einen ersten Hohlraumdruckzweig 184, der mit dem gesteuerten
Ende 166 der Kammer 164 in Fluidverbindung steht
und in Kombination mit dem Kolben 170 die Abstützlast an
dem Ventilelement 180 gegen den Sitz 178 beeinflusst.
Eine Steueröffnung 192 steht
mit dem Steuerende 168 der Kolbenkammer 164 in
Fluidverbindung. Zur Modulation des Strömungsquerschnitts durch die Öffnung 192 ist
ein Steuerventilelement 194 angebracht. Der zweite Hohlraumdruckzweig 188 von
dem Hohlraum-Druckdurchlass 162 steht stromaufwärts des
Ventilelements in Fluidverbindung. Das Steuerventilelement 194 steht
unter dem Einfluss eines proportionalen Magneten, derart, das ein
Proportional-Magnetventil 158 gebildet ist und hierbei
das Steuerende 174 des Kolbens 170 über ein
moduliertes Steuerventil 158 dem Hohlraumdruck ausgesetzt
ist.
-
Es
kann somit hervorgehoben werden, dass mit Bezug auf die folgende
Symbolik:
- p0
- = Hohlraumdruck
- p1
- = Druckleitungsdruck
- p2
- = auf das Steuerende 174 des
Kolbens aufgebrachter Fluiddruck
- a
- = Fläche des
Durchlasses 182
- a1
- = Fläche der
Drossel 190
- a3
- = Fläche der
Steuerkolbenkammer 164
- f
- = auf den Kolben 170 einwirkende
Federkraft
das Modulationsverfahren durch Einstellen dieser Parameter
nach Kundenanforderungen arbeitet.
-
Das
obige Modulationsverfahren ist speziell zur Verwendung mit einem
nach der PS-Anzahl schwächeren
Motor geeignet. Bei einem nach der PS-Anzahl stärkeren Motor ist der relativ
niedrige Druck in dem Hohlraum-Druckdurchlass 162 noch immer
höher als
gewünscht.
Daher wird der Durchlass 162 durch einen Tank-Druckdurchlass 162' ersetzt (siehe
gestrichelte Linien), der mit dem Kraftstofftank in Fluidverbindung
steht und deshalb auf einem niedrigeren Druck ist als der im Allgemeinen
in dem Hohlraum aufrechterhaltene Druck von 3–4 bar psi.
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In 12 sei
hervorgehoben, dass der Einlassanschluss 48' in Bezug auf die in 5 gezeigte Position
an der Vorderseite an einen Ort schräg durch den Körper 62 verschoben
sein kann, während die
Niederdruckleitung oder der Nie derdruckdurchlass 152 von
der hinteren Dichtungskammer zu einer in gestrichelten Linien als 154 gezeigten
Niederdrucksenke umgeleitet werden kann.
-
Wiederum
mit Bezug auf 3 schreiben bei manchen Endverbrauchsanwendungen
die Anforderungen vor, dass die Gesamt-Längsabmessungen der Pumpe verkürzt sein
müssen.
Unter diesen Umständen
kann die relativ lang gestreckte Welle 68 mit der zugeordneten
Halbnassbüchse 78 und
den zugeordneten vorderen und hinteren Dichtungskammern 80, 82 nicht
ohne weiteres implementiert werden. Obwohl das Verkürzen des
Körpers 62 und
das Beseitigen der hinteren Dichtungskammer 82 vorstellbar wäre, um die
abmessungsbezogenen Anforderungen zu erfüllen, spricht die Gefahr einer
Benzinleckage durch die Rückseite
der Pumpe und die damit verbundene Gefahr eines Brandes in dem Motorraum gegen
eine solche Modifikation.
-
14 zeigt,
wie sowohl ein Verkürzen
als auch ein Leckschutz zu erreichen ist. Die Hauptantriebswelle 206 besitzt
eine Verlängerung 198,
die sich in einer vorderen Abdeckung 202 befindet. Die Hauptwelle
befindet sich in einer Hauptbohrung 208, während sich
die Wellenverlängerung 198 in
einer Hilfsbohrung 196 befindet. In der Hauptbohrung 208 unmittelbar
neben dem Hohlraum befindet sich eine Nassbüchse 200. Ähnlich befindet
sich unmittelbar neben der Vorderseite des Hohlraums eine Hilfs-Nassbüchse 210.
Wie hervorgehoben sei, besteht keine Gefahr einer Leckage durch
die vordere Abdeckung 202, da sich die Kappe für die Hilfsbohrung 198 in
wohlbekannter Weise ohne weiteres am Endpunkt der Drehwelle befinden
kann. Zum anderen muss die Hauptwelle 206 von dem hinteren
Ende der Pumpe für
einen Eingriff mit einem Zahnrad, Riemen oder dergleichen vorstehen
und kann deshalb nicht durch eine Kappe verschlossen sein. Dennoch sind
an dem hinteren Ende der Pumpe in einem Körper 204 in einer
Kammer an der Rückseite
der Nassbüchse 200 erste
und zweite Dichtungen 212, 214 vorgesehen, um
eine Kraftstoffleckage an dem hinteren Ende der Pumpe zu verhindern.
Die Nassbüchsen
schaffen eine Barriere gegen den Kraftstofffluss in Längsrichtung
von dem Hohlraum längs
der jeweiligen Wellenabschnitte, jedoch ist eine solche Abdichtung
nicht unbedingt vollständig.
Jedoch ist der Druck, der auf die hinteren Dichtungen 212, 214 einwirkt,
wesentlich niedriger als der Druck in dem Hohlraum. Um zu verhindern,
dass der auf die ersten und zweiten Dichtungen 212, 214 einwirkende
Druck einen niedrigen Wert von beispielsweise 0,5 bar überschreitet,
sind zwei Ausgleichsdruckdurchlässe 216, 218 vorgesehen,
die jeweils von der Oberfläche
der Hauptantriebswelle 206, die der Hauptnassbüchse 200 gegenüberliegt,
und der Oberfläche
der Hilfs-Antriebswelle oder Wellenverlängerung 198, die der Hilfs-Nassbüchse 210 gegenüberliegt,
ausgehen. Diese Durchlässe 216, 218 sind
schräg
durch die Antriebswelle gebohrt und enden in einer gemeinsamen Öffnung an
dem Außenprofil
des Antriebselements, um sich genau mit den Gleitkörperbohrungen 114 zu decken.
Diese Deckung tritt während
der Ladephase des Betriebs jedes Tauchkolbens ein, wenn der Druck
in der Pumpkammer einem Vakuum nahe kommt. Wie oben beschrieben
worden ist, saugt dieser Niederdruck nicht nur Kraftstoff aus dem
Hohlraum in die Pumpkammer, sondern auch jeglichen möglicherweise
entweichenden Kraftstoff von der Nassbüchse in den Pumptauchkolben.
Daher werden in der Ausführungsform
mit drei Tauchkolben die Nassbüchsen
dreimal pro Antriebswellenumdrehung im Druck ausgeglichen.
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Die 15-19 zeigen
eine nochmals weitere Ladetechnik, bei der Kraftstoff in dem Hohlraum
mit dem Förderpumpendruck
durch einen Durchgang in jedem Tauchkolben zu den jeweiligen Pumpkammern
geliefert wird. Hier wird Kraftstoff aus dem Hohlraum durch die
Gleitkörper
in den Ladedurchgang der Tauchkolben geliefert, jedoch ohne Lösung der
Gleitkörper
aus dem Gleitkontakt mit dem exzentrischen Antriebselement. Die
Ladeanordnung 220 enthält
in dem Außenprofil
des Antriebselements einen Schlitz 224, der sich während der
Ladephase des Betriebs jedes Tauchkolbens während der Drehung des Antriebselements
mit der Gleitkörperbohrung
deckt, wodurch Kraftstoff aus dem Hohlraum in die Gleitkörperbohrung
eindringt und durch den Ladedurchlass in die Pumpkammer strömt. Der
Kraftstoffeinlassanschluss in der Abdeckung ist koaxial auf der
Längsachse
der Pumpe angeordnet, während
ein Schlitzzufuhrdurchlass 226 mit dem Einlassanschluss
in Fluidverbindung steht, um dadurch eine vollständige Versorgung von Speisekraftstoff
sicherzustellen, ohne Kanäle
oder dergleichen in den Gleitkörpern
zu erfordern.
-
Wie
ebenfalls in den 15-19 gezeigt ist,
besitzt jeder Gleitkörper 228 ein
vorderes und ein hinteres Ende 236, 238, die in
Achsenrichtung beabstandet sind, und zwei Seiten 240, 242,
die in Drehrichtung des Antriebselements beabstandet sind. Jede
dieser Seiten definiert eine jeweilige Schulter 244, 246.
Die Rückhaltemittel
enthalten in dieser Ausführungsform
zwei ringförmige,
starre Halter 222, wovon jede die Schultern an den jeweiligen
vorderen und hinteren Enden der Gleitkörper umschreibt. Die Halter
besitzen einen angewinkelten Querschnitt, der auch die Seiten aller
Gleitkörper
umschreibt, wodurch jeder Gleitkörper festgehalten
und an einer radialen oder axialen Bewegung in Bezug auf die anderen
Gleitkörper
gehindert wird.
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Wie
in 17 gezeigt ist, wobei 17(a) eine Bezugs-Ausgangsposition zeigt,
in der die Grundfläche
des Schlitzes 224 senkrecht und von der Mittellinie des
vertikal orientierten Tauchkolbens 44a versetzt ist, tritt
der Beginn der Ladephase des Betriebs ein, wenn sich der Schlitz
entgegen dem Uhrzeigersinn um 5° dreht.
Die Ladephase setzt sich fort und schreitet zügig voran, wie in 17(b) gezeigt ist, wenn sich der Schlitz
um 60° gedreht
hat. Der Gleitkörper
hat sich an dem inneren Ende des Tauchkolbens 44a gedreht,
um eine fortgesetzte Deckung der Gleitkörperbohrung mit dem Tauchkolben-Entleerungsdurchlass
sicherzustellen. Die Drehung setzt sich über 120° hinaus fort, wie in den 17(c) und (d) gezeigt ist. 17(c) zeigt, dass dann, wenn sich die
voreilende oder vordere Kante des Schlitzes der Gleitkörperbohrung
des Gleitkörpers 92(b) nähert, die
nachlaufende oder hintere Kante des Schlitzes der Bohrung in dem
Gleitkörper 92(a) nähert. Das Ende
der Ladephase des Betriebs des Tauchkolbens 44(a) tritt
ein, wenn sich das Antriebselement um 168° gedreht hat, was zwischen der
in 17(c) gezeigten 120°-Drehung
und der in 17(d) gezeigten 180°-Drehung
der Fall ist. Es ist zu erkennen, dass der Schlitz bei Betrachtung
des Antriebselements im Querschnitt mehr als 120° des Umfangs überspannt. Ähnlich ist
zu erkennen, dass die Ladephase des Betriebs eines gegebenen Tauchkolbens und
der zugeordneten Pumpkammer 44(b) vor dem Abschluss der
Ladephase des Betriebs des unmittelbar vorangehenden Tauchkolbens 44(a) und
der zugeordneten Pumpkammer beginnt.
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Die 18 und 19 zeigen
zusätzliche Einzelheiten
im Hinblick auf die bevorzugten Merkmale des Gleitkörpers 228 nach
den 15 und 16. Der
Gleitkörper
weist eine gekrümmte
untere Oberfläche 230 auf,
die zwei Nuten 232, 233 enthält, die zwischen den Gleitkörperenden 236, 238 beiderseits
des Gleitkörper-Einlassanschlusses 256 verlaufen.
Vorzugsweise verläuft
zwischen den gegenüberliegenden
Seiten 240, 242 des Gleitkörpers eine weitere Gruppe von
Nuten 252, 254. Der innere Abschnitt der Nuten
definiert einen Rahmen, in dem der Einlassanschluss zentriert ist.
Obwohl die gesamte untere Oberfläche 230 des
Gleitkörpers
mit dem Außenprofil
des sich drehenden Antriebselements (wenigstens durch die Rückhaltewirkung
des ringförmigen
Halters 222 bedingt) in Kontakt ist, wird die nach innen
gerichtete Kraft, die sich aus der Pumpphase des Tauchkolbenbetriebs
ergibt, lediglich innerhalb des durch die Nuten eingerahmten Be reichs
auf das Antriebselement ausgeübt.
In Abhängigkeit
von der Orientierung des Gleitkörpers
während
der Drehung des Antriebselements können die maximale und maximale
Gleitkörperbelastung
ohne übermäßigen Verschleiß ohne weiteres
toleriert werden.
-
Die 20 und 21 zeigen
eine Anordnung, die zu jener, die mit Bezug auf die 18 und 19 beschrieben
worden ist, alternativ ist. Die Grundform des Gleitkörpers 258 ist
die Nuten 260, 262 und den Gleitkörper-Einlassanschluss 266 betreffend ähnlich.
Jedoch ist der Gleitkörper-Einlassanschluss 264 in
einer Richtung verlängert,
die von der Verlängerung
der oben beschriebenen Ausführungsform
verschieden ist. So ist der Einlassanschluss in 21 in
Richtung der Pumpenachse anstatt in Drehrichtung des Antriebselements
verlängert.
Ferner ist lediglich ein Paar von Nuten vorgesehen, die parallel
zu der Verlängerungsrichtung
des Einlassanschlusses verlaufen.
-
22 zeigt
eine Längsschnittsansicht
einer Pumpe in einem Pumpengehäuse,
das in Richtung der Drehachse des Antriebselements relativ kurz
ist. Bei dieser Anordnung 268 besitzt die Pumpe einen Körper 270 und
eine Abdeckung 272, die jeweilige hintere und vordere Enden 274, 276 definieren.
Die Antriebswelle 278 erstreckt sich durch eine durchgehende
Bohrung in dem Körper 270 in
eine Blindbohrung in der Abdeckung 282, so dass sich das
exzentrische Antriebselement wie in den zuvor offenbarten Ausführungsformen
in einem zwischen dem Körper 270 und
der Abdeckung 272 gebildeten Hohlraum befindet. Die Antriebswelle 278 ist
in einem Rollenlager 280 geführt, das in einer rückseitigen
Tasche oder dergleichen, die eine Schulter 282 in dem Körper 270 definiert,
in Eingriff ist. Innen und teilweise durch das Rollenlager 280,
die Dichtungskammerwand 286 und einen zylindrischen Abschnitt 294 der Antriebswelle
ist eine Dichtungskammer 284 definiert. Darin befindet
sich eine Ringdichtung 288, die eine Grundfläche 292,
die gegen die Dichtungskammerwand 286 gedrängt wird,
und einen federbelasteten Lippenabschnitt 292, der auf
der sich drehenden zylindrischen Oberfläche 294 gleitet, besitzt.
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Der
Körper
definiert eine vordere Tasche mit einer Schulter 296, an
der eine O-Ring-Dichtung 298 angeordnet ist. Eine ringförmige Verschiebeplatte 300 kontaktiert
die Dichtung 298 an ihrem äußeren Abschnitt, wobei der
innere Abschnitt der Verschiebeplatte in einer Nut 302 gleitet,
die sich in der Nähe der
zylindrischen Oberfläche 294 an
der Welle 278 befindet. Die Welle weist einen Flansch 304 auf,
der sich in dem Hohlraum befindet und den inneren Abschnitt der Verschiebeplatte 300 kontaktiert.
Diese Anordnung erzeugt eine virtuelle Dichtung 306, wodurch
der Kraftstoff in dem Hohlraum praktisch daran gehindert wird, zu
der Rückseite
des Körpers 270 zu entweichen.
Da jedoch die Dichtungskammer 284 auf einem niedrigen Druck
gehalten wird und über den
Durchlass 285 mit der Rückführleitung
zu dem (nicht gezeigten) Kraftstofftank in Fluidverbindung steht,
wird jeglicher Kraftstoff, der von dem Hohlraum in die Kammer entweicht,
in den Kraftstofftank rückgeführt. Die
in 22 gezeigte Abdichtanordnung wird während des
Zusammenbaus bei abgenommener Abdeckung 272 eingebaut.
Die installierende Person drängt
die Antriebswelle 278 nach links, wodurch der Flansch 304 gegen
die Verschiebeplatte 300 gedrängt wird und die Dichtung 298 belastet wird.
Dies schafft einen kleinen Spalt zwischen dem Rollenlager 280 und
dem das Lager haltenden Flansch 281. Im Ergebnis kann die
installierende Person eine Wellenscheibe 293 oder dergleichen
in den Spalt schieben, um das Lager 280 und die Welle 278 in
entgegengesetzte Achsenrichtungen zu drängen. Dies nimmt Toleranzen
auf, sobald die installierende Person die axiale Kraft auf die Antriebswelle
aufhebt. Der Flansch 304 kontaktiert den inneren Abschnitt der
Verschiebeplatte 300 weiterhin mit wesentlicher Überlappung,
wodurch dazwischen die virtuelle Dichtung 306 hergestellt
wird.
-
22 zeigt
außerdem
eine alternative Tauchkolbenstopfenanordnung 308, die natürlich bei anderen
Ausführungsformen
des Pumpengehäuses und
anderen Leckverhinderungstechniken verwendet werden kann. Dieser
alternative Tauchkolbenstopfen 308 ist in den 23 und 24 näher beschrieben.
Der Tauchkolbenstopfen umfasst zwei einheitliche Teile, eine Kappe 310 und
eine Tauchkolbenführung 312,
die in dem Pumpenkörper 314 befestigt
sind. Der Pumpenkörper
weist eine Primär-Durchgangsbohrung 316 auf,
die sich zum Hohlraum 36 erstreckt. Diese Primär-Durchgangsbohrung 316 ist
angesenkt und mit einem Gewinde versehen, wie bei 318 gezeigt
ist. Dies bildet eine innere Schulter 320. Die Tauchkolbenführung 312 weist
eine Tauchkolben-Durchgangsbohrung 322 auf, die an dem
oberen Ende 324 eine Öffnung
und eine unteres Ende oder einen Boden 326 besitzt, der
sich vorzugsweise in den Hohlraum 36 erstreckt. Die Tauchkolbenführung 312 weist
zwischen den Enden 324, 326 einen äußeren, nicht
kreisförmigen
(z. B. mehreckigen) Flansch 328 auf. Der Flansch 328 definiert
mehrere Ecken 330, die mit der inneren, z. B. ringförmigen Schulter 320 in
Eingriff gelangen, um die Position der Tauchkolbenführung 312 radial
nach innen zu begrenzen. Ein oberer Führungswandabschnitt 332 erstreckt
sich von dem Flansch 328 nach oben, wobei sich eine O-Ring-Dichtung 334 für einen
Eingriff in der Primärbohrung 316 des
Pumpenkörpers
in einer Nut 336 unterhalb des Flanschs befindet. Die Kappe 310 weist
eine primäre
Blindbohrung 338, eine erste Senkung 340, die
eine Schulter definiert, und eine zweite Senkung 342 auf.
Der obere, freiliegende Abschnitt der Kappe 310 ist als
Kopf 344 ausgebildet, der von einem typischen Installationswerkzeug
erfasst werden kann. Die äußere Seitenwand
unter dem Kopf 346 ist mit einem Gewinde versehen, um mit
dem darauf abgestimmten Gewinde in dem Senkungsabschnitt 318 des
Pumpenkörpers
in Eingriff zu gelangen. Der ringförmige Basisabschnitt 348 erstreckt
sich unterhalb des Gewindeabschnitts, wobei er, da er ringförmig ist,
den Flansch 328 nur an den Ecken 330 berührt. Unmittelbar
unterhalb des Kopfes 344 ist eine Nut 352 zur
Aufnahme und Belastung einer O-Ring-Dichtung 350 gegen
die Bohrung in dem Körper 270 vorgesehen.
-
Die
Primärbohrung 338 bildet
eine Tasche, um Vorbelastungsmittel wie etwa eine Schraubenfeder,
die ein Entleerungs-Rückschlagventilelement 354 mit
einer vorzugsweise scheibenartigen Form gegen den Ventilsitz 358 an
der die Öffnung
an dem oberen Ende 324 der Tauchkolbenführung 312 definierenden
Umfangsfläche
drängt,
aufzunehmen und einen Sitz für
diese zu bieten. Die Pumpkammer 46 ist zwischen dem oberen
Ende des Tauchkolbens 44 und dem Ventilelement 354 definiert.
Es ist zu erkennen, dass dann, wenn der Tauchkolben radial nach außen getrieben
wird, sich das Ventilelement 354 anhebt und der Kraftstoff
mit hohem Druck in den Entleerungsdurchlass 360, der als
Raum oder Ringraum zwischen der oberen Führungswand 332 der
Tauchkolbenführung
und der zweiten Senkung 342 der Kappe 310 definiert
ist, eindringt. An der Grenzfläche zwischen
der Grundfläche 348 der
Kappe 310 und dem Flansch 328 der Tauchkolbenführung 312 sind mehrere
Lücken 362 zwischen
den Ecken des Flanschs vorhanden. Der Kraftstoff kann durch diese Lücken z.
B. in Richtung der inneren gemeinsamen Druckleitung, wie sie etwa
als 22 in 1 gezeigt ist, strömen.
-
Jemand,
der mit Bearbeitungstechniken für Teile
dieser Art vertraut ist, wird erkennen, dass sowohl die Kappe 310 als
auch die Tauchkolbenführung 312 bei
lediglich einer Anbringung in einem Spannfutter aus Stangenmaterial
gefertigt werden kann. Darüber
hinaus kann die Verbindung und Montage der Teile 310, 312 mit-
bzw. aneinander sowie mit bzw. an dem Entleerungsrückschlagventil,
dem Körper
und dem Tauchkolben ohne weiteres während des Zusammenbaus erfolgen.
-
25 zeigt
eine nochmals weitere Anordnung 364 einer Hochdruck-Benzinförderpumpe 368, die
für eine
Anbringung an einem Kraftstofftank, der durch ein Fahrzeug anstatt
in dem Motorraum getragen ist, geeignet ist. Hier bildet der Pumpenkörper 386,
der einen Teil des Pumpengehäuses
bildet, auch das Gehäuse 388 für eine zugeordnete
Elektromotoreinheit 370 zum Drehen der Pumpenwelle 382, 382'. Zwischen diesen
beiden Abschnitten der Welle ist das Pumpenantriebselement in einem
Hohlraum 384 in einer Weise angeordnet, die jener, die
für andere
Ausführungsformen
beschrieben worden ist, gleicht. Wie gezeigt ist, ist die Motorwelle 380 koaxial zu
der Pumpenwelle 382, 382'. Die Motorwelle kann außerdem eine
Primärpumpe 378 antreiben,
die sich an dem zu der Hochdruckpumpe 368 entgegengesetzten
Ende des Motors befindet. Die Elektromotoreinheit 370 und
die Verbindung des Kraftstoffeinlassabschnitts 374 daran
sind an der Innenseite des Kraftstofftanks 366 getragen,
wobei sich das Einlasssieb 376 des Einlassabschnitts 374 in
der Nähe
des Bodens des Tanks befindet, so dass es stets unterhalb des normalen
Kraftstoffpegels 372 liegt. Kraftstoff aus dem Tank wird
durch das Sieb 376 in die Primärpumpe 378 gesaugt,
die einen Kraftstoffstrom durch den Elektromotor 370 längs der
Welle 382 in den Hohlraum 384 liefert. Der Kraftstoff
in dem Hohlraum 384 wird dann in die Pumptauchkolben gesaugt,
um in den Pumpkammern in einer Weise, die jener, die oben beschrieben
worden ist, gleicht, mit Druck beaufschlagt zu werden. Jemand, der
mit dieser Technik vertraut ist, kann ohne weiteres herkömmliche
Elektromotoreinheiten 370 und zugeordnete Einlassabschnitte 374,
die in der Vergangenheit zusammen mit einem herkömmlichen Typ von Benzinpumpe
für Kraftstoffeinspritzung
verwendet worden sind, auswählen.
Jedoch kann mit der Erfindung des Anmelders wegen der Einfachheit
des Lieferns von Kraftstoff zu dem Hohlraum mit einer elektrischen
Förderpumpe
wie etwa 378 in einer sehr kostengünstigen und energiesparenden
Weise eine Hochdruck-Common-Rail-Anordnung erreicht werden.
-
Des
Weiteren kann sich in einer Abwandlung von 25 in
manchen Fällen
eine getrennte Primär- oder
Förderpumpe 378 erübrigen,
da das Vakuum, das durch die durch die Drehung des Antriebselements
durch den Elektromotor 370 bedingte Bewegung der Tauchkolben
herbeigeführt
wird, gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren Kraftstoff direkt aus dem Kraftstofftank
in den Hohlraum 384 und aus dem Hohlraum in die Tauchkolben
saugt. Insbesondere kann es wünschenswert
sein, die Achse der Elektromotorwelle von der Achse der Pum penantriebswelle 382 zu
versetzen, wobei sich zwischen diesen Wellen Reduktionsgetriebe
befinden können, die
das gewünschte
Drehmoment und/oder die gewünschte
Drehzahl für
die Drehung des Antriebselements, das die Tauchkolben betätigt, liefert,
befinden können.