DE69920601T2

DE69920601T2 - Brennstoffzufuhrpumpe für benzineinspritzanlagen

Info

Publication number: DE69920601T2
Application number: DE69920601T
Authority: DE
Inventors: Ilija Djordjevic
Original assignee: Stanadyne LLC
Current assignee: Stanadyne LLC
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: BR9904868A; US6345609B1; WO1999043949A3; JP4284429B2; DE69920601D1; EP0979353A2; EP0979353B1; WO1999043947A1; WO1999043949A2; JP2001522437A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruck-Common-Rail-Pumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es ist eine weitere Aufgabe, eine solche Benzin-Förderpumpe zu schaffen, die gegen die Bildung von Dampfhohlräumen resistent ist.
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.
Die Erfindung ist in den Ansprüchen definiert und auf die Ausführungsformen nach den 10 und 11 gerichtet.
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.
Diese und weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert, worin:
1 eine schematische Darstellung der Benzin-Förderpumpe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Draufsicht einer Förderpumpe ist;
3 eine längs der Linie 3-3 in 2 aufgenommene Längsschnittsansicht ist;
4 eine längs der Linie 4-4 in 3 aufgenommene Querschnittsansicht ist;
5 eine Stirnansicht der in 2 gezeigten Pumpe von rechts ist;
6 eine Detailansicht des Pumptauchkolbens und des zugeordneten Antriebselementes, die in 3 gezeigt sind, ist;
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;
8 eine schematische Darstellung des unausgeglichenen Bereichs zwischen dem Gleitkörper und dem Antriebselement zum Zeitpunkt maximaler Gleitkörperbelastung und Lagerbelastung ist;
9 eine längs der Linie 9-9 in 5 aufgenommene Längsschnittsansicht ist;
10 eine Detailansicht einer Ausführungsform der Erfindung zur Abgabe von Niederdruckkraftstoff durch den Einlassdurchgang des Tauchkolbens an die Pumpkammer ist;
11 eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform zur Abgabe von Niederdruckkraftstoff durch den Einlassdurchgang des Tauchkolbens an die Pumpkammer ist;
12 eine Längsschnittsansicht einer Weiterentwicklung der in 3 gezeigten Pumpe ist, wobei in die Abdeckung des Pumpengehäuses ein Steuersystem für variablen Druckleitungsdruck integriert ist;
13 eine schematische Darstellung des gemäß der in 12 gezeigten Entwicklung implementierten Druckleitungsdruck-Modulationsverfahrens ist;
14 eine sich auf 2 beziehende schematische Darstellung einer alternativen Wellenabdichtung ist;
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;
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;
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;
18 eine vergrößerte Ansicht in einem Schnitt einer Ausführungsform des in 16 gezeigten Gleitkörperelements ist.
19 eine Draufsicht der Oberfläche des Gleitkörpers von 18, der mit dem Antriebselement in Eingriff ist, ist;
20 eine alternative Ausführungsform des in 18 gezeigten Gleitkörpers ist;
21 eine Draufsicht der Oberfläche des Gleitkörpers von 20 ist;
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;
23 eine vergrößerte Ansicht einer bevorzugten Tauchkolbenstopfenanordnung ist, die sowohl einfach herzustellen als auch einfach zu installieren ist;
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
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Hochdruck-Common-Rail-Pumpe (18) zum Fördern von Benzin mit einem im Wesentlichen konstanten Druck von wenigstens etwa 100 Bar für eine Benzindirekteinspritzung in eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit: einem Gehäuse (34), das einen im Wesentlichen zylindrischen Hohlraum (36) besitzt, der darin angeordnet ist und eine Längsachse definiert; einer Antriebswelle (68), die in das Gehäuse eindringt; einem Antriebselement (38), das sich in Längsrichtung von der Antriebswelle starr erstreckt und sich in dem Hohlraum asymmetrisch in Bezug auf die Längsachse befindet, wodurch die Drehung der Welle eine exzentrische Drehung des Antriebselements in Bezug auf die Achse erzeugt, wobei das Antriebselement ein äußeres Profil (110) hat, das während der exzentrischen Drehung einen Rotationskreis definiert; einer Förderpumpe (14), die Benzin zu dem Gehäuse mit einem Druck von bis zu etwa 5 Bar liefert und den Hohlraum mit Benzin füllt, das auf einem Druck von wenigstens etwa 2 Bar gehalten wird; mehreren im gleichen Winkelabstand angeordneten Tauchkolbenbohrungen (42), die sich in Bezug auf die Achse radial von dem Hohlraum in das Gehäuse erstrecken und ein radial äußeres und ein radial inneres Ende besitzen; einem Pumptauchkolben (44), der ein radial äußeres und ein radial inneres Ende in Bezug auf die Achse besitzt und sich in einer entsprechenden Tauchkolbenbohrung befindet, um sich darin radial hin und her zu bewegen, wobei der Tauchkolben einen inneren Ladedurchlass (104) enthält, der am äußeren Ende des Tauchkolbens in das äußere Ende der Tauchkolbenbohrung mündet; Gleitkörpermitteln (92), die zwischen dem inneren Ende jedes Tauchkolbens und dem äußeren Profil des Antriebselements angelenkt sind, wobei die Gleitkörpermittel während der Drehung des Antriebselements auf dem äußeren Profil gleiten und dadurch die Hin- und Herbewegung der Tauchkolben in ihren entsprechenden Tauchkolbenbohrungen hervorrufen; Rückhaltemitteln (94), die die Gleitkörpermittel gegen das äußere Profil des Antriebselements während seiner Drehung drängen, wobei die Rückhaltemittel alle Gleitkörpermittel überspannen; einem Entleerungsdurchlass (56) vom äußeren Ende jeder Tauchkolbenbohrung in das Gehäuse und einem Entleerungsrückschlagventil (54) in dem Ent leerungsdurchlass, das eine Strömung nur weg von der Tauchkolbenbohrung zulässt; einer gemeinsamen Druckleitung (22), die sich in dem Gehäuse befindet und mit allen Entleerungsdurchlässen (56) stromabwärts der Entleerungsrückschlagventile (54) in einer Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Ladedurchlass (104) ein unteres Ende (148) besitzt, das am inneren Ende des Tauchkolbens (44) in Richtung auf den Hohlraum (36) offen ist; wobei die Hin- und Herbewegung jedes Tauchkolbens eine Bewegung zu einer inneren Grenzposition, während derer sich im äußeren Ende der Pumpbohrungen ein niedriger Druck aufbaut, wodurch Benzin in einer Ladephase des Betriebs von dem Hohlraum durch den Ladedurchlass in dem Pumptauchkolben in das äußere Ende der Pumpbohrung gesaugt wird, und eine Bewegung zu einer äußeren Grenzposition in einer Entladephase des Betriebs, während derer Benzin durch das Entleerungsrückschlagventil in die gemeinsame Druckleitung entleert wird, umfasst; das offene untere Ende (148) sich radial außerhalb der Gleitkörpermittel (92) befindet und stets dem Kraftstoff im Hohlraum (36) ausgesetzt ist; und der Ladedurchlass (104) ein Laderückschlagventil (136) aufweist, das normalerweise gegen den Fluiddruck an seinem offenen unteren Ende (148) geschlossen ist, sich jedoch nur öffnet, um eine Strömung vom inneren Ende zum äußeren Ende des Tauchkolbens (44) während der Ladephase des Betriebs zuzulassen.
Förderpumpe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Ausgleichsdurchlass (150), der sich von dem Ladedurchlass (104') an einer Stelle radial auswärts des Sitzes (142') des Laderückschlagventils (136) zu einer Gleitkörperbohrung (114') in den Gleitkörpermitteln (92) erstreckt, wobei sich die Gleitkörperbohrung (114') von der Öffnung des Ausgleichsdurchlasses (150) am inneren Ende des Tauchkolbens zu dem Außenprofil des Antriebselements erstreckt, wodurch während der Pumpphase des Betriebs die Gleitkörperbohrung gegenüber dem Durchgang von Kraftstoff aufgrund eines engen Kontakts zwischen den Gleitkörpermitteln und dem Antriebselement abgedichtet ist; und dass das Außenprofil des Antriebselements einen Schlitz (224) aufweist, der während der Drehung des Antriebselements während der Ladephase des Betriebs jedes Tauchkolbens auf die Gleitkörpermittel ausgerichtet ist, wodurch Kraftstoff von dem Hohlraum in die Gleitkörperbohrung eintritt und sich durch den Ladedurchlass zum äußeren Ende der Tauchkolbenbohrung bewegt.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe drei Tauchkolben besitzt, das Antriebselement einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und der Schlitz einen Bereich von etwa 90 bis 110 Grad des Umfangs des Antriebselements überspannt.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und jeder Gleitkörper (228, 258) eine gekrümmte untere Oberfläche (230) mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Krümmungsradius besitzt, um sich eng an das Außenprofil des Antriebselements anschmiegen zu können, und wenigstens eine Nut (232, 234, 252, 254), die die untere Oberfläche überspannt, besitzt.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut zwei beabstandete Nuten (260, 262) umfasst, die die untere Oberfläche im Wesentlichen parallel zu der Achse überspannen.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkörperbohrung einen Einlassanschluss (264) an der unteren Oberfläche definiert, der in Drehrichtung des Antriebselements lang gestreckt ist.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Nut eine erste Gruppe aus zwei Nuten (252, 245), wovon jede die Einlassbohrung flankiert und sich in Drehrichtung des Antriebselements erstreckt, und eine zweite Gruppe aus zwei Nuten (232, 234), wovon jede die Einlassbohrung flankiert und sich quer zu der ersten Gruppe von Nuten erstreckt und diese schneidet, umfasst, wodurch der Einlassanschluss durch Nuten eingerahmt ist.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkörperbohrung an der unteren Oberfläche einen Einlassanschluss (264) definiert, der entlang der Längsachse lang gestreckt ist.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkolben (44) in der Tauchkolbenbohrung (42) eine Querschnittsfläche besitzt, die größer als die Fläche des Gleitkörper-Einlassanschlusses (256, 264) ist.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Gleitkörper zwei Enden (236, 238) besitzt, die in Richtung der Achse beabstandet sind, und zwei Seiten (240, 242) besitzt, die in Richtung der Drehung des Antriebselements beabstandet sind, wobei jede der Seiten eine Schulter definiert, und die Rückhaltemittel (94) ein im Allgemeinen gekrümmtes Rückhaltesegment enthalten, das sich jeweils von jeder Schulter jedes Gleitkörpers zu einer Schulter jedes benachbarten Gleitkörpers erstreckt, wobei die Segmente einen angewinkelten Querschnitt haben, der die Seiten der Gleitkörper versteift, wodurch jeder Gleitkörper festgehalten und an einer radialen oder axialen Bewegung in Bezug auf die anderen Gleitkörper gehindert wird.
Kraftstoffförderpumpe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Tauchkolben (44) ein unteres Ende, das mit dem Hohlraum in einer Fluidverbindung steht, ein oberes Ende, das teilweise die Pumpkammer (46) definiert, und eine Ventilkammer (104'), die sich vom oberen Ende erstreckt und in einer Fluidverbindung mit dem Ladedurchlass (104'') verbunden ist, besitzt; ein Ventilelement (140) an der Verbindungsstelle zwischen der Ventilkammer (104') und dem Ladedurchlass (104'') sitzt; und ein Ventilrückhalteelement (144) in der Ventilkammer (104') in einer festen, beabstandeten Beziehung zu dem Ventilelement gehalten wird, wenn das Ventilelement (140) in seinem Sitz sitzt.