DE60303899T2

DE60303899T2 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE60303899T2
Application number: DE60303899T
Authority: DE
Inventors: Peter A.G. Gillingham Collingborn
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Operations Luxembourg SARL
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2006-11-30
Anticipated expiration: 2023-12-18
Also published as: ATE319930T1; DE60303899D1; GB0229367D0; EP1431577A1; EP1431577B1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für eine Verwendung in einem Speichereinspritzungssystem (common rail), um Kraftstoff unter einem hohen Druck einer Kompressionszündung einer Verbrennungskraftmaschine zuzuführen.
Stand der Technik
Eine bekannte Common rail Kraftstoffpumpe in radialer Pumpenausführung wird beispielsweise in EP 1 184 568 A beschrieben. Bei dieser sind 3 Pumpenkolben in gleichwinklig voneinander beabstandeten Stellungen um eine motorgetriebene Steuerkurve herum angeordnet. Die Oberfläche der Steuerkurve wirkt mit sämtlichen der drei Kolben zusammen, so dass jeder der Kolben bei angetriebener Steuerkurve dazu gebracht wird, sich innerhalb einer Kolbenbohrung hin und her zu bewegen, um eine Verdichtung des Kraftstoffs innerhalb der entsprechenden Kammer der Pumpe zu verursachen. Die Ausgabe des Kraftstoffs von den Pumpkammern zu einer gewöhnlichen Hochdruck-Versorgungsleitung wird mittels entsprechender Auslassventile, die mit jeder der Pumpen verbunden sind, gesteuert. Die Hochdruckleitung gibt den Kraftstoff an eine gemeinsame Leitung oder ein anderes Speichervolumen aus, um ihn an die in Förderrichtung nachfolgenden Einspritzdüsen des Common rail Kraftstoffsystems auszugeben.
Bei einer bekannten Kraftstoffpumpe der zuvor erläuterten Art ist jeder der Kolben mit einem zugehörigen Nocken verbunden, der dazu dient, die Bewegung des Kolbens innerhalb dessen Bohrung anzutreiben. Die Steuerkurve trägt einen Ring oder einen Reiter, der sich bei rotierender Steuerscheibe über deren Oberfläche bewegt, um den Antrieb an die Stößel und damit an die Kolben weiterzugeben. Dadurch wird verursacht, dass sich die Kolben phasengesteuert in einer zyklischen Weise hin- und her bewegen. Die Exzentrizität der Oberfläche der Steuerscheibe verursacht, dass jeder Stößel und dessen entsprechender Kolben in seine Bohrung hinein angetrieben wird, um das Volumen in der Pumpenkammer zu vermindern. Während dieses nach vorne gerichteten Pumpenhubs wird der Treibstoff in der entsprechenden Pumpenkammer auf ein verhältnismäßig hohes Maß verdichtet. Die Nocken werden von den Nockenbohrungen mittels des Fluiddruckes innerhalb einer Arbeitskammer nach außen gedrängt. Der Fluiddruck dient zusätzlich zu einer Kraft einer Kolbenrückholfeder dazu, den Kolben in eine nach außen gerichtete Richtung vorzuspannen, um einen Rückhub auszuführen, bei dem das Volumen der Pumpenkammer vergrößert wird.
Das Gehäuse für Pumpenanordnungen dieser Art besitzt drei radial hervorstehende Nasen, von denen jede jeweils einen der Kolben und mit diesem verbundenen Komponenten umhüllt. Derartige Anordnungen können schwierig zu montieren sein und erfordern zusätzlich auf Grund der radialen Bauart der Kolben einen verhältnismäßig großen Einbauraum. Auf Grund des großen radialen Abstandes zwischen den drei Pumpeneinheiten ist es schwierig, die Hochdruckströmung jeder Pumpenkammer in einem gemeinsamen Hochdruckauslass zu kombinieren.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffpumpe zur Verwendung in einem Common rail Kraftstoffeinspritzungssystem zu schaffen, die wenigstens eines der zuvor erläuterten Probleme verringert oder vermeidet.
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Kraftstoffpumpe zur Verwendung bei der Abgabe von Kraftstoff an eine gemeinsame Leitung einer Verbrennungs(kraft)maschine geschaffen, die wenigstens eine erste und eine zweite Pumpeneinheit umfasst, die entlang einer Nockenwelle zur Bildung einer Pumpen-Reihenanordnung axial beabstandet sind, wobei jede Pumpeneinheit einen Pumpenkolben, ein Antriebselement, das mit dem Pumpenkolben zusammenwirken kann und im Gebrauch durch eine zugeordnete Nockenanordnung angetrieben wird, um den Kolben bei Drehung der Nockenwelle anzutreiben, und eine Pumpenkammer, innerhalb der der Kraftstoff zur Zuführung zu der gemeinsamen Leitung (common rail) unter Druck gesetzt wird, beinhaltet, wobei die Pumpenkammern der ersten und zweiten Pumpeneinheit innerhalb eines gemeinsamen Pumpenkopfes angeordnet sind, der auf einem Haupt- Pumpengehäuse angebracht ist, das eine Haupt-Gehäuseöffnung aufweist, durch die sich die Nockenwelle erstreckt, und wobei der Pumpenkopf einen unter hohem Druck stehenden Zuführungsdurchlass bildet, dem unter Druck stehender oder "verdichteter" Kraftstoff von jeder der Pumpenkammern zugeführt wird und von wo aus unter Druck stehender oder verdichteter Kraftstoff der gemeinsamen Leitung – bei Gebrauch – zugeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Kraftstoffpumpe eine erste, zweite und dritte Pumpeneinheit von im Wesentlichen ähnlicher Form.
Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass die Kolben axial entlang einer Nockenwelle befestigt sind, weshalb die Pumpe verhältnismäßig kompakt ist. Der von der montierten Pumpe eingenommene Einbauraum ist viel kleiner als der für Pumpen von radialer Gestalt erforderliche Raum, auch wenn drei Pumpeneinheiten vorgesehen sind, da der Bedarf nach zwei radialen Nasen zur Aufnahme zweier der Kolben vermieden wird. Ebenfalls wird die Anforderung an eine hohe Genauigkeit des Winkelabstandes der Abflachung auf den Steuerscheibenreitern und der entsprechenden Merkmale des Gehäuses, wie sie in bekannten radialen Pumpengestalten vorliegen, vermieden.
Da die Gesamtlänge der Pumpe deutlich geringer ist als die von bekannten Formen in Reihe geschalteter Pumpen, besitzt die Pumpe – in dem eingeschränkten Raum, der in gegenwärtigen Motorformen zur Verfügung steht – Stabilitätsvorteile. Durch die kompakte Form ist es ebenfalls möglich, die Pumpe innerhalb des Motors so zu befestigen, dass der Massenschwerpunkt der Pumpe sich verhältnismäßig nahe bei den Befestigungen am Motor befindet, wodurch die auf die Pumpe auf Grund von Vibrationen des Motors und von Fahrbahnunebenheiten wirkenden dynamischen Kräfte sowie Dehnungen oder Verlagerungen der Pumpe verringert werden.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass die hydraulischen Mittel, die für eine Verbindung der Pumpenkammern mit einem gemeinsamen Auslass oder einer Hochdruck-Zuführungsleitung erforderlich sind, vereinfacht werden, da alle drei Pumpenkammern nahe beieinander, insbesondere entlang einer – zu der Achse der Nockenwelle parallelen – Achse angeordnet sind.
Die vorliegende Erfindung erfordert nur eine Komponente (den Pumpenkopf), die den hohen Kraftstoffdrücken widerstehen muss. Das Haupt-Pumpengehäuse ist keinem "hoch verdichteten" Kraftstoff ausgesetzt. Es ist ebenfalls nicht erforderlich, unter einem hohen Druck stehenden Kraftstoff durch ineinander greifende Gehäuseteile zu leiten, da sich dieser fortwährend innerhalb der Pumpenkopfeinheit befindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Pumpenkopf mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kolbenbohrung versehen, innerhalb der der Pumpenkolben der jeweiligen der ersten, der zweiten und der dritten Pumpeneinheit bewegbar ist. Die erste, zweite und dritte Kolbenbohrung ist vorzugsweise integral in dem Pumpenkopf und dem Pumpengehäuse ausgebildet. Der Hauptpumpenkopf beinhaltet vorzugsweise eine Auskragung oder einen Vorsprung, der sich in die in dem Hauptpumpengehäuse vorgesehene Öffnung erstreckt, um dadurch eine vergrößerte Länge für die erste, die zweite und die dritte Kolbenbohrung zu schaffen. Es ist einfach, einen Vorsprung an dem Pumpenkopf auszubilden. Dieses schafft den Vorteil, dass die Dichtlängen der Kolben verhältnismäßig lang sind, so dass ein Austreten von unter hohem Druck stehenden Kraftstoff aus den Pumpenkammern vermindert wird.
In einer Ausführungsform ist das Hauptpumpengehäuse mit einer zusätzlichen Öffnung oder einer Ausnehmung versehen, die sich vorzugsweise ungefähr lateral zu der Achse der Nockenwelle erstreckt, wobei die zusätzliche Öffnung für ein Zusammenwirkung mit einer äußeren Oberfläche jedes der Antriebselemente zur Führung einer axialen Bewegung der Antriebselemente geformt ist, wobei allerdings deren laterale Bewegung (das heißt lateral relativ zu der Achse des Antriebselementes) sowie Drehbewegung im Wesentlichen verhindert wird. In diesem Fall ist das Hauptpumpengehäuse vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, das gute Verschleißwiderstands-Eigenschaften besitzt, beispielsweise aus Gußeisen.
Vorzugsweise ist die äußere Oberfläche jedes Antriebselementes von teilzylinderförmiger Form. In vorteilhafter Weise besitzt die Hauptgehäuseöffnung eine entsprechend geformte Wandung, um mit diesen teilzylinderförmigen äußeren Oberflächen zusammenzuwirken. Der Pumpenkopf besitzt eine Unterseite zum Anlegen oder Anschlagen am Hauptpumpengehäuse. Vorzugsweise ist die innere Oberfläche jedes Antriebselementes ebenfalls von teilzylinderförmiger Form. Die äußeren Wandungen besitzen vorzugsweise ein größeres Krümmungsmaß als die inneren Wandungen, wobei der Radius der äußeren Wandungen vorzugsweise so ausgewählt ist, dass er kleiner ist als die Hälfte der Gesamtbreite des Antriebselementes.
In einer Ausführungsform kann der Pumpenkopf für ein Zusammenwirken mit den äußeren Oberflächen der Antriebselemente geformt sein, um eine axiale Bewegung der Antriebselemente während im Wesentlichen eines ganzes Vorwärtshubes jedes Antriebselementes zu führen, wobei allerdings eine laterale Bewegung (das heißt lateral in einer Richtung relativ zu der Achse des Antriebselementes) und eine Drehbewegung der Antriebselemente im Wesentlichen verhindert wird.
In dieser Ausführungsform kann der Pumpenkopf mit einer vor-ragenden oder erweiternden Randleiste oder Schürze versehen sein, ausgebildet für ein Zusammenwirken mit den äußeren Oberflächen der Antriebselemente, um deren axiale Bewegung zu führen. Bevorzugt sind die äußeren Oberflächen der Antriebselemente erneut von teilzylinderförmiger Form.
In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Antriebselement jeder Pumpeneinheit die Form eines Mitnehmers als Stößel oder Nockenstößel (tappet), der während des Einsatzes mit einem Nocken- oder Steuerscheibenreiter der zugehörigen Nocken- oder Steuerscheibenanordnung zusammenwirken kann, um die Bewegung auf den entsprechenden Kolben auf Grund einer Rotation der Nockenwelle zu übertragen.
Der Pumpenkopf ist vorzugsweise mit (einem) ersten, zweiten und dritten Einlasszuführungsdurchlass (supply passage) zum Zuführen von Kraftstoff zu den Pumpenkammern der ersten, der zweiten beziehungsweise der dritten Pumpeneinheit versehen, wobei die Einlassdurchlässe im Wesentlichen parallel zueinander und im Wesentlichen rechtwinklig zu den Hochdruck-Zuführungsdurchlässen angeordnet sind.
Die Kraftstoffpumpe der vorliegenden Erfindung kann, aber muss nicht hergestellt sein, eine erste, eine zweite und eine dritte Steuerscheibenanordnung zur Übertragung des Antriebs (zum Aufbringen von Bewegung) auf die Pumpenkolben zu beinhalten.
Falls vorgesehen, beinhalten die erste und die zweite Steuerscheibenanordnung erste beziehungsweise zweite Steuerscheibe(n), die mit der Nockenwelle einteilig ausgebildet sind, während die dritte Steuerscheibenanordnung eine dritte Steuerscheibe beinhaltet, die eine separate Komponente ist. Dabei sind die erste, die zweite und die dritte Steuerscheibe an axial voneinander beabstandeten Stellen entlang der Nockenwelle angeordnet.
Es ist daher zu beachten, dass die Bezugnahmen dieses Dokumentes auf die erste, die zweite und die dritte Steuerscheibe, die an der Nockenwelle angeordnet sind, so verstanden werden sollen, dass sie Steuerscheiben beinhalten, die mit der Welle einteilig sind oder auf der Welle befestigte, separate Teile sind.
Es kann bevorzugt sein, vordere und rückwärtige Lagerstützen (bearing journals), beispielsweise Lagerhülsen, auf der Nockenwelle vorzusehen, um eine erste beziehungsweise zweite Lagerfläche für eine entsprechende endseitige Steuerscheibe zu definieren. Die Achslager können einteilig mit der Welle ausgebildet sein oder können separate Teile sein, die mit der Welle eine Presspassung ausbilden.
Der rückwärtige Lagerzapfen besitzt vorzugsweise einen Durchmesser, der größer ist als der des vorderen Lagerzapfens, wobei der Durchmesser des rückwärtigen Lagerzapfens größer oder gleich dem Durchmesser der Hauptgehäuseöffnung ist, um eine direkte Befestigung des rückwärtigen Lagerzapfens an dem Hauptgehäuse oder dessen Abstützung durch dieses zu gestatten.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet jede der ersten, zweiten und dritten Steuerscheibenanordnung ein Steuerscheibenreiterelement von rohrförmiger Gestalt, das während des Einsatzes durch eine zugehörige Steuerscheibe angetrieben wird und dazu dient, den Antrieb oder eine Bewegung auf das jeweilige Antriebselement zu übertragen, wobei oder während es sich über die Oberfläche der zugeordneten Steuerscheibe bewegt.
Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt ist, drei Pumpeneinheiten zu besitzen, und dass eine größere oder kleinere Anzahl von Pumpeneinheiten vorgesehen sein kann, falls dieses erforderlich ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun mittels eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
1 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine Endansicht im Schnitt auf die in der 1 dargestellte Kraftstoffpumpe ist,
3 eine perspektivische Ansicht eines Hauptpumpengehäuse-Teils der Kraftstoffpumpe der 1 und 2 ist, wobei der Pumpenkopf entfernt ist,
4a eine perspektivische Ansicht eines Nockens ist, der einen Teil der Kraftstoffpumpe der 1 bis 3 ausbildet,
4b eine Aufsicht auf den in der 4a dargestellten Nocken ist,
5 eine perspektivische Ansicht des Pumpenkopfes ist zur Befestigung auf dem in der 3 dargestellten Hauptpumpengehäuse ist, von der Unterseite dargestellt,
6 eine perspektivische Ansicht der in den 1 bis 5 montiert dargestellten Kraftstoffpumpe ist, wobei der Pumpenkopf auf dem Hauptpumpengehäuse befestigt ist,
7 einen Pumpenkopf zeigt, der Teil einer alternativen Ausführungsform der Kraftstoffpumpe ist, in der die Stößel der Pumpe – anstelle vom Hauptpumpengehäuse – vom Pumpenkopf geführt werden,
8 eine perspektivische Ansicht einer ersten Art einer Steuerscheiben-Anordnung ist, für eine Verwendung mit der in den 1 bis 7 dargestellten Kraftstoffpumpe, wobei zwei der Steuerscheiben einteilig mit der Steuerscheiben-Antriebswelle ausgebildet sind; und
9 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Art einer Steuerscheiben-Anordnung für eine Verwendung mit der in den 1 bis 7 dargestellten Kraftstoffpumpe ist, wobei die Steuerscheiben von der Steuerscheibenantriebswelle getrennt sind (oder eigenständig, nicht einstückig sind).
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den 1 bis 3 ist eine Kraftstoffpumpe einer ersten Ausführungsform für eine Zufuhr von Kraftstoff unter hohem Druck zu einer gemeinsamen Leitung (common rail) oder einem Speichervolumen eines Kraftstoffeinspritzsystems dargestellt. Die Kraftstoffpumpe beinhaltet ein erstes Gehäuseteil in der Form eines Hauptpumpengehäuses 10, das eine sich axial erstreckende Hauptgehäuseöffnung oder -bohrung 13 besitzt, durch welche sich eine Antriebsnockenwelle 12 erstreckt. Das Hauptpumpengehäuse 10 steht an seinem vorderseitigen Ende 10a vor, um nahezu die gesamte Länge der Nockenwelle 12 aufzunehmen, und ist an seinem rückwärtigen Ende mittels einer rückwärtigen Verschlussplatte 29 verschlossen.
Ein zweites Gehäuseteil in der Form eines Pumpenkopfes oder -blockes 34 ist als von dem Hauptpumpengehäuse 10 separates Teil ausgebildet und auf diesem montiert und erstreckt sich lateral zu der Hauptgehäuseöffnung 13 für die Nockenwelle 12. Der Pumpenkopf 34 beinhaltet eine Auskragung oder einen Vorsprung 34a, der sich in eine zusätzliche Öffnung oder einen Durchbruch 11 erstreckt, welche(r) in dem Hauptpumpengehäuse 10 vorgesehen ist. Das Hauptpumpengehäuse 10 ist mit zwei (nur in den 2 und 3 sichtbaren) Ohren 55 versehen, die dazu dienen, das Gehäuse 10 um die Öffnung 11 herum auszusteifen.
Die Nockenwelle 12 besitzt eine zentrale Antriebsachse 14, um die die Welle 12 während des Gebrauches angetrieben wird, um eine Rotation auf eine erste, eine zweite und eine dritte Steuerkurve oder Steuerkurvenform 16, 18 und 20 einer ersten, einer zweiten beziehungsweise einer dritten Steuerkurvenanordnung zu übertragen. Die Steuerkurven 16, 18 und 20 sind an axial voneinander beabstandeten Stellen/Positionen auf der Welle 12 angeordnet und mit einem Winkelversatz um die Antriebsachse 14 orientiert. Die erste, die zweite und die dritte Steuerscheibe 16, 18 und 20 sind von im Wesentlichen identischer Form, wobei jede exzentrisch auf der Nockenwelle 12 angeordnet oder ausgebildet ist, so dass sie bezüglich der anderen beiden Steuerscheiben um im Wesentlichen 120° versetzt ist.
Wenn die Nockenwelle 12 während des Betriebes gedreht wird, übertragen die Steuerscheiben 16, 18 und 20 den Antrieb auf einen entsprechenden ersten, zweiten und dritten Pumpkolben 22, 24 und 26, so dass die Bewegung jedes Kolbens um 120° bezüglich der der anderen beiden Kolben versetzt ist. Jeder Kolben 22, 24 und 26 bildet einen Teil einer von drei Pumpeneinheiten 2, 4 und 6 aus, die entlang der Antriebsachse 12 axial von einander beabstandet sind, um eine Reihenschaltungsanordnung "in-line" auszubilden. Die drei Pumpeneinheiten 2, 4 und 6 sind von im Wesentlichen identischer Konstruktion, weshalb dort, wo es zum Zwecke einer Vereinfachung möglich ist, nur eine erste der Pumpeneinheiten 2 detailliert beschrieben wird. Die Pumpenkolben 22, 24 und 26 jeder Einheit 2, 4 und 6 werden durch ihre entsprechende Steuerscheibe 16, 18 und 20 angetrieben, um einen Pumpenzyklus auszuführen. Wenn sich die Nockenwelle 12 dreht, wird jeder Kolben 22, 24 und 26 dazu gebracht, sich innerhalb einer entsprechenden Kolbenbohrung 28, 30 und 32, die in dem Pumpenkopf 34 vorgesehen sind, hin- und herzubewegen, um so eine Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs in der entsprechenden Pumpenkammer 23, 25 und 27 zu verursachen, die durch das Blindende der jeweiligen Bohrung 28, 30 und 32 ausgebildet ist.
Jede der ersten, zweiten und dritten Steuerscheibe 16, 18 und 20 ist angeordnet, mit einem entsprechenden Steuerscheibenreiter 36, 38 und 40 zusammenzuwirken, der wiederum mit einem entsprechenden ersten, zweiten oder dritten Antriebselement 48, 50 und 52 zusammenwirkt. Die Steuerscheibenreiter 36, 38 und 40 sind von im Wesentlichen rohr- oder ringförmiger Gestalt und relativ zu der Welle 12 bezüglich ihrer Achsen parallel zur Wellenachse 14 befestigt. Die Antriebselemente besitzen die Form von Nocken oder Stößeln 48, 50 und 52 (sogenannte tappets), von denen jeder mit dem jeweiligen Kolben 22, 24 und 26 gekoppelt ist, so dass sich die Steuerscheibenreiter 36, 38 und 40 bei einer Rotation der Welle 12 über die Oberfläche der jeweiligen Steuerscheibe 16, 18 und 20 bewegen, einen Antrieb oder Bewegung auf die Nocken 48, 50 und 52 und damit auf die Kolben 22, 24 und 26 ausüben, so dass sich die Kolben innerhalb der Kolbenbohrungen 28, 30 und 32 hin- und her bewegen.
Bei einer Rotation der Nockenwelle werden die Nocken 48, 50 und 52 und die Pumpenkolben 22, 24 und 26 miteinander angetrieben, um einen Pump- oder Vorwärtshub auszuführen, während dem der Nockenstößel (Mitnehmer) und dessen Kolben bezüglich der Welle 12 radial nach außen angetrieben werden (das heißt in den 1 und 2 vertikal nach oben), um das Volumen derjeweiligen Pumpenkammer zu vermindern. Es folgt ein Rückwärtshub, während dem der Kolben und sein Mitnehmer in eine radial nach innen gerichtete Richtung (das heißt in den 1 und 2 vertikal nach unten) gezwungen werden, um das Volumen der Pumpenkammer zu vergrößern. Während des Rückhubes des Kolbens und dessen Mitnehmers (tappet) füllt Treibstoff unter einem verhältnismäßig geringen Druck die jeweilige Pumpenkammer und wird während des Pumphubes innerhalb der Pumpenkammer auf ein verhältnismäßig hohes Maß unter Druck gesetzt, wie im nachfolgenden erläutert werden wird.
Die 2 stellt eine endseitige Schnittansicht der Pumpe dar, in der nur einer der Kolben 22 und dessen entsprechender Mitnehmer 48 sichtbar sind. Wie gut erkennbar ist, besitzt der "Nocken" 48 einen im Wesentlichen U-förmigen oder eingeschnittenen (kanalartigen) Querschnitt und beinhaltet einen Basisbereich 48a und erste und zweite im Wesentlichen vertikale seitliche Bereiche oder Wandungen 48b. Die (in der dargestellten Orientierung) untere Oberfläche des Basisbereiches 48a des Nockens steht mit einer Abflachung 42 des jeweiligen Steuerscheibenreiters 36 in Eingriff. Die mit dem zweiten und dem dritten Kolben 24 und 26 verbundenen zweiten und dritten Nocken 50 und 52 sind von im Wesentlichen identischer Form, besitzen seitliche Wandungen 50b beziehungsweise 52b (wie in der 3 dargestellt ist), weshalb aus Gründen der Annehmlichkeit nur die Merkmale des ersten Nockens 48 detailliert nachfolgend gezeigt und beschrieben werden.
Ebenfalls Bezug nehmend auf die 4a ist die obere Oberfläche des Basisbereiches 48a des "Nockens" mit einer ersten und einer zweiten Ausnehmung 60 und 62 versehen, um jeweils eine eines ersten Paares von Kolbenrückholfedern 50a und 50b zu platzieren. Das gegenüberliegende Ende jeder Kolbenrückholfeder 50a und 50b stößt, wie in der 2 dargestellt ist, gegen den Pumpenkopf 34a. In dieser Ausführungsform sind der Kolben 22 und der Nocken 48 nicht miteinander verbunden, um eine relative Bewegung zwischen diesen Teilen während des Pumpenzykluses zu ermöglichen. Die Kolbenrückholfedern 50a und 50b üben eine rückstellende Vorspannungskraft auf den Nocken und daher auf dessen Kolben aus, um den Kolbenrückhub hervorzurufen und sicherzustellen, dass zwischen dem Nocken 48 und dem Steuerscheibenreiter 36 während des Pumpenzykluses jederzeit ein Kontakt bewahrt wird. Der Basisbereich 48a des Nockens 48 ist ebenfalls mit einem (ebenfalls nur in der 2 sichtbaren) zentrisch angeordneten Vorsprung 58 versehen, um den für eine genaue Bearbeitung zur Einstellung der Höhe des Kolbens relativ zu der Pumpenkammer 23 erforderlichen Bereich einzuschränken.
Ebenfalls Bezug nehmend auf die 4b besitzen die seitlichen Wandungen 48b des "Nockens" 48 äußere Oberflächen 56 von teilzylinderförmiger Gestalt mit einem Radius R1 sowie innere Oberflächen 59 von ebenfalls teilzylinderförmiger Gestalt. Die äußeren Oberflächen 56 der Seitenwandungen 48b des Nockens sind so geformt, dass sie ein größeres Krümmungsmaß als die inneren Oberflächen 59 besitzen. Genauer ausgeführt ist der Radius R1 der äußeren Oberflächen 56 so ausgewählt, dass er kleiner als die Breite W des Nockens (Mitnehmers) ist, wobei W = 2·R2 ist und R2 der Radius des (mittels der gestrichelten Linie 51 dargestellten) Kreises ist, der das gleiche Krümmungsmaß wie die inneren Oberflächen 59 der seitlichen Wandungen 48b besitzt. Der Nocken 48 ist daher nicht nur ein genau kreisförmiger Zylinder mit abgeschnittenen Seiten, sondern ist so genau geformt und dimensioniert, um während des Einsatzes eine nicht gewollte Winkelbewegung des Nockens (tappet) um eine bezüglich der Kolbenachse ausgerichtete Achse zu schaffen. Der zweite und der dritte Kolben 24 und 26 ist ebenfalls mit entsprechenden Paaren von Kolbenrückholfedern in einer ähnlichen Weise versehen, obwohl dieses in den Schnittansichten nicht sichtbar dargestellt ist.
In einer alternativen Ausführungsform (die in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist) können der Kolben 22 und der Mitnehmer 48 mittels einer mit dem unteren Ende des Kolbens 22 in Verbindung stehenden Platte miteinander gekoppelt sein. Die Platte kann an dem Kolben mittels eines Clips, durch eine Presspassung oder durch einen anderen integralen Vorsprung oder Teil von diesem, der mit dem Kolben zusammenwirkt, um ein sicheres Mittel zur Befestigung zu schaffen, befestigt sein. Die Platte ist innerhalb der seitlichen Wandungen 48b des Nockens (wie er beispielsweise in der 3 gekennzeichnet ist) angeordnet und schafft eine Plattform auf jeder Seite des Kolbens 22, um eine Anschlagfläche für eine entsprechende der Kolbenrückholfedern 50a und 50b zu definieren. Eine Seite der Platte kann mit einer geeignet geformten Ausnehmung versehen sein, jede zur Aufnahme eines Endes der jeweiligen Feder 50a und 50b. Auf der gegenüberliegenden Seite der Platte kann beispielsweise ein Nocken vorgesehen sein, um mit einer der Ausnehmungen 60 oder 62 an der gegenüber liegenden Seite des Nockens 48 zusammenzuwirken. Die auf diese Weise erreichte Zusammenwirkung des Nockens 48 und der Platte sowie des Kolbens und des Nockens dient dazu, während des Betriebs eine ungewollte Rotation in der Platte zu verhindern.
Die 3 zeigt das Hauptpumpengehäuse 10, wobei der Pumpenkopf 34 entfernt wurde, um die Stellung der Nocken 48, 50 und 52 darzustellen. Die Öffnung 11 des Pumpengehäuses 10 besitzt einander gegenüberliegende seitliche Wandungen, die jeweils so geformt sind, dass sie drei Bereiche von teilzylinderförmiger Gestalt ausbilden. Jede der insgesamt sechs teilzylinderförmigen Wandbereiche ist so geformt, dass er mit einer entsprechend geformten äußeren Oberfläche der seitlichen Wandungen 48b, 50b und 52b eines der jeweiligen Nocken zusammenwirkt. Dieses Zusammenwirken der Teile und die Gestalt sowie die Abmessungen der äußeren Oberflächen 56 der Wandungen 48b, 50b und 52b der Nocken dient dazu, eine Bewegung der Nocken 48, 50 und 52 in einer axialen Richtung (das heißt in der Richtung entlang der Achse der Nocken, die sich radial von der Nockenwelle 12 erstreckt) über deren gesamten Hub zu führen, wobei allerdings unerwünschte laterale Bewegungen und Drehbewegungen der Nocken 48, 50 und 52 im Wesentlichen verhindert werden. Aus der Stellung des dritten Nockens 52 der in der 3 dargestellten Ansicht kann erkannt werden, dass die Nocken 48, 50 und 52 während des Betriebs derart angetrieben werden, dass die seitlichen Wandungen 48b, 50b und 52b der Nocken an dem Ende deren Vorwärtshübe durch das obere, offene Ende der Öffnung 11 hindurch und in einen freien Raum 61 (der in der 2 sichtbar ist) ragen, der durch eine Ausnehmung an der Unterseite des Pumpenkopfes 34 ausgebildet ist.
Die 5 zeigt den Pumpenkopf 34 zur Befestigung auf dem Hauptpumpengehäuse 10 der 3. Es ist eine Ansicht des Pumpenkopfes 34 von der Unterseite dargestellt, die gegen die obere Oberfläche des Hauptpumpengehäuses 10 stößt, wenn die Pumpe montiert ist. Die Oberfläche der Unterseite des Pumpenkopfes 34 ist mit Ausnehmungen 54 versehen, die innere Wandungen besitzen, die drei Bereiche von teilzylinderförmiger Gestalt ausbilden. Einen Teil des Weges des Vorwärtshubes ragen die Nocken 48, 50 und 52 aus der Öffnung 11 des Hauptpumpengehäuses 10 (wie in der 3 dargestellt ist) in den Freiraum 61 hinein, obwohl sie die inneren Wandungen der Ausnehmungen 54 nicht kontaktieren.
Wenn der Pumpenkopf 34 auf dem Hauptpumpengehäuse 10 befestigt ist, sind die teilzylinderförmigen Bereiche der Ausnehmungen 54 im Allgemeinen bezüglich der teilzylinderförmigen Bereiche der Wandung der Öffnung 11 ausgerichtet. Der Vorsprung 34a des Pumpenkopfes 34 ist in der 5 deutlich dargestellt und erstreckt sich bei einem auf dem Hauptpumpengehäuse 10 befestigten Pumpenkopf 34 zwischen den Kolben 22, 24 und 26 und den Rückholfederpaaren 50a und 50b, um eine vergrößerte Länge der Kolbenbohrungen 28, 30 und 32 zu schaffen. Durch die Schaffung einer vergrößerten Länge der Kolbenbohrungen 28, 30 und 32 wird die Dichtungslänge jedes Kolbens vergrößert, weshalb Verluste auf Grund eines Austretens von Treibstoff aus den Pumpenkammern 23, 25 und 27 vermindert werden können. Die 6 zeigt eine montierte Kraftstoffpumpe, wobei der Pumpenkopf 34 der 5 auf dem Hauptpumpengehäuse 10 der 3 befestigt ist.
Wiederum Bezug nehmend auf die 1 ist die zum ersten Kolben 22 gehörende Pumpenkammer 23 mit einem in dem Pumpenkopf 34 vorgesehenen Einlasszuführungsdurchlass 24 verbunden (der ebenfalls in der 6 sichtbar ist). Insgesamt sind drei Einlasszuführungsdurchlässe 64 vorgesehen, einer für jede Pumpenkammer 23, 25 und 27, wobei jeder Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle relativ geringen Druckes erhält, beispielsweise von einer Förderpumpe. Die Einlassdurchlässe 64 sind in dem Pumpenkopf 34 in einer im Wesentlichen im parallelen Anordnung vorgesehen.
Jeder Einlassdurchlass 64 ist mit einer entsprechenden Einlassventilanordnung versehen, die ein Einlassventil 66 beinhaltet, das als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoff in dem Einlassversorgungsdurchlass 64 und dem Kraftstoff innerhalb der entsprechenden Pumpenkammern 23, 25 und 27 betätigbar ist, um sich zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Zustand zu bewegen. Wenn sich ein Einlassventil 66 in seinem geöffneten Zustand befindet, wird Kraftstoff durch den Einlasszuführungsdurchlass 64 in die Pumpenkammer geleitet. Wenn sich das Einlassventil 66 in seinem geschlossenen Zustand befindet, wird eine Zufuhr von Kraftstoff in die Pumpenkammer verhindert.
Jede Pumpenkammer 23, 25 und 27 ist ebenfalls mit einem entsprechenden Hochdruckauslassdurchlass 68 verbunden, der in dem Pumpenkopf 34 zum Zwecke einer Ausgabe von Kraftstoff an die gemeinsame Leitung vorgesehen ist. Jeder Auslassdurchlass 68 ist mit einer Auslassventilanordnung versehen, die ein Auslassventil 70 beinhaltet, das als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoff in der jeweiligen Pumpenkammer und dem Kraftstoff in dem Auslassdurchlass 68 betätigbar ist, um sich zwischen einem geschlossenen und einem geöffneten Zustand zu bewegen. Wenn sich ein Auslassventil 70 in seinem geöffneten Zustand befindet, wird Kraftstoff von der Pumpenkammer zu dem Auslassdurchlass 68 und damit zu der gemeinsamen Leitung gefördert. Wenn sich das Auslassventil 70 in seinem geschlossenen Zustand befindet, wird ein Rückfluss von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff aus der gemeinsamen Leitung in die Pumpenkammer 23 verhindert.
Wie in den 5 und 6 erkannt werden kann, ist der Pumpenkopf 34 mit einem gemeinsamen Hochdruck-Zuführungsdurchlass 72 versehen, der im Wesentlichen senkrecht zu den Einlassdurchlässen 64 orientiert ist und sich axial von dem rückwärtigen Ende der Pumpe aus erstreckt. Der Hochdruckzuführungsdurchlass 72 nimmt unter einem hohen Druck stehenden Kraftstoff von den Auslassdurchlässen jeder Pumpenkammer 23, 25 und 27 auf und liefert den Kraftstoff von der Pumpe zu einer in Förderrichtung nachfolgenden gemeinsamen Leitung (common rail) oder einem anderen Speichervolumen für den Kraftstoff.
Die Einlass- und Auslassventile 66 und 70 sind von bekannter Konstruktion. Weitere Einzelheiten können beispielsweise aus unserer parallel anhängigen europäischen Patentanmeldung EP 1 184 568 A2 und der britischen Patentanmeldung GB 2,384,529A entnommen werden. Die Verdichtung des Kraftstoffs innerhalb der Pumpenkammern tritt während des Pumpenhubes des jeweiligen Kolbens während der Zeitdauer auf, für die sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile verschlossen sind. Wenn der Kraftstoff auf ein zum Öffnen des Auslassventils 70 ausreichendes Maß "verdichtet" ist, wird der verdichtete Kraftstoff durch den Versorgungsdurchlass zu dem gemeinsamen Zuführungsdurchlass 72 und damit der gemeinsamen Leitung (common rail) zugeführt.
Während des Rückhubes des Kolbens ist der Druck des Kraftstoffes in Förderrichtung nach der Pumpenkammer 23 höher als der innerhalb der Pumpenkammer 23, wodurch das Auslassventil 70 in seine Schließstellung gezwungen wird. Während der Zeitdauer des Rückhubes, für die das Einlassventil 66 in eine geöffnete Stellung gezwungen wird, wird Kraftstoff unter einem verhältnismäßig geringen Druck durch den Einlasszuführungsdurchlass 64 rechtzeitig vor Beginn des nachfolgenden Pumpenhubes in die Pumpenkammer 23 gefördert. Dieser Zyklus des Pumpens ist ausführlicher in den zuvor erwähnten Patentanmeldungen beschrieben und wird Fachleuten jedenfalls bekannt sein und daher hier nicht ausführlicher beschrieben werden.
Die in den 1 bis 6 dargestellte Kraftstoffpumpe ist für eine Verwendung mit einer Niederdruck-Kraftstoffpumpe, wie beispielsweise einer Transferpumpe bestimmt, die den Kraftstoff durch einen gemeinsamen Einlassdurchlass 57 (der in der 1 mittels gestrichelter Linien dargestellt ist) zu den in dem Pumpenkopf vorgesehenen Einlasszuführungsdurchlässen 64 fördert. Der gemeinsame Einlassdurchlass 57 ist mit einer die Zufuhr messenden Ventilanordnung (die ebenfalls nicht dargestellt ist) versehen und ist in Richtung des vorderen Endes 10a des Hauptpumpengehäuses 10 angeordnet.
Obwohl dieses in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist es zweckmäßig, die Transferpumpe auf der rückwärtigen Verschlussplatte 29 des Hauptpumpengehäuses 10 zu befestigen und sie mittels einer mit der Nockenwelle 12 in Verbindung stehenden Wellenverlängerung anzutreiben. Die Pumpe liefert den Kraftstoff unter einem Förderdruck an den gemeinsamen Einlassdurchlass 57 zum Zwecke einer Zufuhr zu den Einlassdurchlässen 64 und damit zu den Pumpenkammern 23, 25 und 27. Um den Kraftstoff von und zu der Transferpumpe zu leiten, kann in jedem der Ohren 55 des Hauptpumpengehäuses 10 eine Verbindungsöffnung vorgesehen sein. Eine, durch die der Kraftstoff in die Transferpumpe an dem rückwärtigen Ende des Hauptpumpengehäuses 10 eingesaugt wird, und eine, durch die der Kraftstoff von der Transferpumpe zu der den Einlass messenden Ventilanordnung und nachfolgend zu dem gemeinsamen Einlassdurchlass 57 gefördert wird.
Bei der Kraftstoffpumpe gemäß dieser Ausführungsform ist es insbesondere vorteilhaft, das eine Kombination der Strömung des unter hohem Druck stehenden Kraftstoffs von jeder Pumpenkammer 23, 25 und 27 in den gemeinsamen Hochdruckzuführungsdurchlass 72 zweckmäßig ist, da alle drei Pumpenkammern 23, 25 und 27 und ihre entsprechenden Auslassdurchlässe 68 in dem gemeinsamen Pumpenkopf 34 vorgesehen sind. Dieses ermöglicht einen Vorteil gegenüber bekannten radialen Pumpengestaltungen, bei denen die Pumpenkammern radial voneinander beabstandet um die Achse angeordnet sind und daher die Kombination der drei Hochdruckströmungen in einem gemeinsamen Zuführungsdurchlass schwierig zu erreichen ist. Es besteht ebenfalls ein Erfordernis danach, dass nur der Pumpenkopf 34 dazu geeignet ist, den hohen Drücken des Kraftstoffs innerhalb der Pumpenkammern 23, 25 und 27 zu widerstehen, weshalb die Komponente des Pumpenkopfes einfach mit der Auskragung 34a zum Zwecke einer Steigerung der Dichtlänge der Kolben ausgebildet sein kann.
Es ist ein weiterer Vorteil der Reihenanordnung der Pumpeneinheit, dass die Länge des Kolbenhubes zu der bei bekannten radialen Pumpengestaltungen erreichten vergleichbar ist, wobei allerdings die Höhe der montierten Pumpe über der Achse 14 der Nockenwelle 12 moderat ist und die gesamte Höhe der Pumpe deutlich geringer ist als bei radialen Pumpenformen. Die verminderte Höhe wird im Wesentlichen erreicht, indem ein erweiteter Vorsprung von zwei Pumpeneinheiten neben der Achse 14 der Nockenwelle – wie bei bekannten radialen Pumpenformen – vermieden wird. Das Erfordernis eines extrem genauen Winkelabstandes der Abflachungen der Steuerscheibenreiter und der entsprechenden Merkmale des Gehäuses einer radialen Pumpenform wird ebenfalls vermieden.
In der Ausführungsform der zuvor beschriebenen Kraftstoffpumpe ist das Hauptpumpengehäuse 10 gewöhnlicherweise aus Gußstahl ausgebildet. Die Verwendung eines Gußstahlgehäuses 10 ist vorteilhaft, da sie hilft, den Verschleiß der Nocken 48, 50 und 52 während des Betriebes einzuschränken, da deren Bewegung entlang der vertikalen Achse der Nocken durch ein Zusammenwirken mit den teilzylinderförmigen Bereichen in der Wandung der Öffnung 11 geführt wird. Die Verschleißbeständigkeitseigenschaften von Gußeisen gehen aus dem hohen Kohlenstoffgehalt hervor, der als ein festes Schmiermittel agiert.
In einer zu der mit Bezug auf die 1 bis 6 beschriebenen alternativen Ausführungsform der Pumpe kann das Erfordernis, das Hauptpumpengehäuse 20 aus Gußstahl auszubilden, vermieden werden, indem die Bewegung der Mitnehmer nicht von der Wandung der Öffnung 11 in dem Hauptpumpengehäuse 10, sondern durch ein Zusammenwirken mit einem Teil des Pumpenkopfes geführt wird. Diese alternative Ausführungsform ist in der 7 dargestellt. Nur die Unterschiede zwischen dieser Ausführungsform und der Ausführungsform der 1 bis 6 werden detailliert beschrieben werden, wobei ähnliche und identische Teile mit gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet werden.
Der Pumpenkopf 134 der 7 ist mit einer Randleistenverlängerung 75 versehen, die eine zusätzliche Verlängerung von der Unterseite des Pumpenkopfes 134 ausbildet und die Auskragung 34a umschließt. In dieser Ausführungsform ist die Öffnung 11 des Hauptpumpengehäuses 10 mit im Wesentlichen geraden Wandungen ausgebildet (was nicht in der 7 dargestellt ist), anstelle die teilzylinderförmigen Wandbereiche vorzusehen. Wenn der Pumpenkopf 134 auf dem Hauptpumpengehäuse 10 befestigt ist, sind die Randleistenverlängerung 75 und die Auskragung 34a innerhalb der Öffnung 11 aufgenommen. Die geraden Wandungen in der Öffnung 11 des Hauptpumpengehäuses 10 sind mit den äußeren geraden Wandungen 78 der Randleiste 75 ausgerichtet, um den Pumpenkopf 134 auszurichten. Die Randleistenverlängerung 75 besitzt eine nach innen weisende Oberfläche 80, die mit Bereichen von teilzylinderförmiger Gestalt versehen ist, um mit den entsprechend geformten teilzylinderförmigen äußeren Oberflächen der Seitenwandungen 48b, 50b und 52b des Nockens zusammenzuwirken. Die Randleistenverlängerung 75 dient daher dazu, die Bewegung der Nocken 48, 50 und 52 in einer axialen Richtung (das heißt in der Richtung entlang der Achse des Nockens, die sich radial von der Nockenwelle 12 erstreckt) zu führen, wobei allerdings deren unerwünschte laterale Bewegung und Drehbewegung verhindert wird.
Die Verschleißbeständigkeit als Eigenschaft von einsatzgehärtetem Legierungsstahl, aus dem der Pumpenkopf 134 ausgebildet ist, ist im Vergleich zu Gußeisen verbessert. Da die Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit des Hauptpumpengehäuses 10 fortfallen, kann das Hauptpumpengehäuse 10 des Weiteren beispielsweise anstelle aus Gußstahl aus Aluminium ausgebildet sein. Dieses bietet einen Vorteil hinsichtlich der Herstellung, da ein preisgünstiger und genauer Prozess zur Ausbildung des Gehäuses 10 verwendet werden kann, beispielsweise Druckguß.
Es wird begrüßt werden, dass ein Unterschied zwischen dem Pumpenkopf 34 der 5 und dem Pumpenkopf 134 der 7 ist, dass in der Ausführungsform der 5 der Pumpenkopf 34 keine Rolle bei der Führung der Mitnehmer 48, 50 und 52 spielt, da diese "Nocken" 48, 50 und 52 am Ende ihres Vorwärtshubes und am Beginn ihres Rückhubes von dem Hauptpumpengehäuse 10 in den Freiraum 61 hinein ragen. Im Gegensatz dazu wird die Bewegung der "Nocken" 48, 50 und 52 in der Ausführungsform der 7 durch ein Zusammenwirken mit der Verlängerung 75 des Pumpenkopfes im Wesentlichen über den gesamten Pumpenhub geführt. Die Ausführungsform der 7 ermöglicht auch sämtliche der zuvor erwähnten Vorteile der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Insbesondere Bezug nehmend auf die 2 und ebenfalls auf die 8 ist die äußere Oberfläche jedes Steuerscheibenreiters 36, 38 und 40 mit einer Abflachung 42, 44 beziehungsweise 46 versehen (wobei in der 8 nur der Steuerscheibenreiter 38 dargestellt ist). Die Abflachung 42 des ersten Steuerscheibenreiters 36 steht beispielhaft mit dem mit dem ersten Kolben verbundenen Nocken 48 in Eingriff. Die Steuerscheibenreiter 38 und 40 für die zweite und die dritte Einheit 4 und 6 sind in einer ähnlichen Weise angeordnet.
Die zweite und die dritte Steuerscheibe 18 und 20 sind mit der Welle 12 einteilig ausgebildet, da es aber problematisch ist, sämtliche drei Steuerscheiben 16, 18 und 20 einteilig mit der Welle 12 herzustellen, ist die erste Steuerscheibe 20 ein separates Teil. Die erste Steuerscheibe 16 bildet mit der Welle 12 eine Presspassung und ist von größerem Durchmesser als die dritte Steuerscheibe 20, so dass die Welle bei der Montage durch sie hindurchgeführt werden kann, während in der Steuerscheibe 16 eine ausreichende Stärke bewahrt wird, um den erforderlichen Presssitz einzubringen.
An der Welle 12 können vordere und rückwärtige Achslager (bearing journals) befestigt sein, so dass das vordere Achslager an der ersten Steuerscheibe 16 angrenzt und der rückwärtige Lagerzapfen gegen die dritte Steuerscheibe 20 anliegt. Die Lagerstellen bilden mit der Welle 12 eine Presspassung aus und dienen dazu, den ersten und den dritten Steuerscheibenreiter 36 und 40 in seiner Stellung zu fixieren. Die Lagerstellen sind dazu geeignet, hohe Umlaufgeschwindigkeiten zu erreichen und sind so ausgewählt, dass sie einen verhältnismäßig großen Durchmesser besitzen, um so einen zusätzlichen Bereich pro Längeneinheit der Welle zu schaffen und daher eine Stütze für hohe Nockenwellenlasten zu schaffen. Die Lagerstellen schaffen daher einfache Lagerregionen von vergrößertem Bereich (definiert durch ihre axiale Länge und ihren Durchmesser) und daher eine "Lastlagereignung" (load-bearing capability).
In einer in der 9 dargestellten alternativen Ausführungsform sind alle drei Steuerscheiben 16, 18 und 20 im Wesentlichen identische Komponenten, getrennt von der Welle 12 und auf dieser mittels eines Presssitzes befestigt. Die Steuerscheibenreiter 36, 38 und 40 sind auf ihren entsprechenden Steuerscheiben 16, 18 und 20 befestigt, wobei der zweite, mittlere Steuerscheibenreiter 38 zwischen dem ersten und dem dritten Steuerscheibenreiter 36 beziehungsweise 40 eingekeilt ist. In dieser Ausführungsform sind sowohl die vordere als auch die rückwärtige Lagerstelle 74 und 76 sichtbar, wobei das erste Achslager 74 gegen die erste Steuerscheibe 16 stößt und das zweite Achslager 76 gegen die dritte Steuerscheibe 20 stößt.
Die axiale Länge des rückwärtigen Achslagers 76 (das heißt die Länge des "Zapfens" 76 entlang der Achse der Welle 12) ist kleiner als die des vorderen Achslager 74, um so die gesamte axiale Länge der Einheit zu begrenzen. Obwohl es in den beigefügten Zeichnungen nicht dargestellt ist, ist der Durchmesser des rückwärtigen Achslagers 76 so ausgewählt, das er größer oder gleich dem Durchmesser der Hauptgehäusebohrung 13 ist, um zu ermöglichen, dass die Achslagerstelle 76 in dem Gehäuse 10 befestigt ist oder durch dieses getragen wird, ohne dass ein Erfordernis nach einer Zwischenkomponente oder -komponenten besteht.
Es ist ein Vorteil der Ausführungsform der 9, dass die Welle 12 von einfacher, stabförmiger Konstruktion ist, wobei die geeigneten Endmerkmale in der Form der Achslager 74 und 76 daher eine einfache und ökonomische Herstellung ermöglichen. Es ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe, dass die Gesamtlänge der Einheit deutlich geringer ist als die bekannter Reihenpumpengestaltungen. Die Pumpe besitzt daher Vorteile bezüglich der Stabilität in dem in geläufigen Motorformen nutzbaren begrenzten Raum. Durch die Wirkung ihrer kompakten Gestalt ist es möglich, die Pumpe derart innerhalb des Motors zu befestigen, dass das Massenzentrum der Pumpe sich relativ nahe an dem Teil befindet, mit dem die Pumpe an den Motor befestigt ist (zum Beispiel die in der 1 dargestellten Ohren 55). Die Pumpe muss daher keine übermäßigen dynamischen Kräfte und Dehnungen aushalten, die durch eine Vibration des Motors und Straßenstöße verursacht werden.
Um die Montage der Steuerscheibe, der Lagerzapfen und der Steuerscheibenreiter auf der Nockenwelle zu unterstützen, ist es zweckmäßig, ein temporäres Werkzeug wie beispielsweise einen Stab zu verwenden, dass sich durch die Öffnungen dieser Komponenten erstreckt. Der Stab besitzt bezüglich der Öffnungen eine enge Passung und dient dazu, die Komponenten vor dem Einsetzen der Nockenwelle in ihren korrekten axialen Stellungen und Winkelstellungen relativ zu der Achse anzuordnen, wobei die eingesetzte Nockenwelle eine Presspassung mit den Öffnungen ausbildet und die zuvor erwähnten Teile trägt/lagert.
Im Falle eines Gußstahlgehäuses 10 können erste und zweite statische Lagerflächen 79 und 81 (wie sie in der 1 gekennzeichnet sind) für die vordere beziehungsweise rückwärtige Lagerstelle 74 und 76 direkt in das vordere Ende 10a des Hauptpumpengehäuses 10 geschnitten werden, wodurch es unnötig wird, für die Achslager zusätzliche, die Lager tragenden Buchsen vorzusehen. Der Pumpenkopf 34 ist gewöhnlicherweise aus einem einsatzgehärteten Legierungsstahl ausgebildet.
Es wird begrüßt werden, dass die Verwendung des Begriffes "gemeinsame Leitung" (common rail) in keiner Weise als beschränkend beabsichtigt ist und dass die in diesem Dokument beschriebene Einspritzpumpe für eine Zufuhr von Kraftstoff zu einer beliebigen Form eines Speichervolumens oder eines Speichers für unter Druck stehenden Kraftstoff verwendet werden kann, von dem der Kraftstoff nachfolgend zu Einspritzdüsen eines entsprechenden Motors geliefert wird.

Claims

Kraftstoffpumpe zur Verwendung bei der Zuführung von Kraftstoff zu einer gemeinsamen Leitung (common rail) eines Verbrennungsmotors, wobei die Kraftstoffpumpe umfasst: mindestens eine erste und eine zweite Pumpeneinheit (2, 4, 6), die entlang einer Nockenwelle (12) zur Bildung einer Pumpenreihenanordnung (in-line) axial beabstandet sind, wobei jede Pumpeneinheit einen Pumpenkolben (22, 24, 26), ein Antriebselement (48, 50, 52) für ein Zusammenwirken mit dem Pumpenkolben und im Gebrauch durch eine zugeordnete Steuerkurvenanordnung (16, 18, 20) angetrieben wird, um den Kolben bei Drehung der Nockenwelle (12) anzutreiben, und eine Pumpenkammer (23, 25, 27), innerhalb welcher Kraftstoff zur Zuführung zu der gemeinsamen Leitung unter Druck gesetzt wird; wobei die Pumpenkammern (23, 25) der ersten und der zweiten Pumpeneinheit (2, 4) innerhalb eines gemeinsamen Pumpenkopfs (34) angeordnet sind, der auf einem Hauptpumpengehäuse (10) angebracht ist, das eine Hauptgehäuseöffnung (13) aufweist, durch die sich die Nockenwelle (12) erstreckt, und wobei der Pumpenkopf einen Hochdruck-Zuführungsdurchlass bildet, dem unter Druck gesetzter Kraftstoff von jeder der Pumpenkammern zugeführt wird und von wo aus mit unter Druck gesetztem Kraftstoff die gemeinsame Leitung versorgbar ist, dies bei Gebrauch.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, umfassend eine erste, eine zweite und eine dritte Pumpeneinheit (2, 4, 6), die axial entlang der Nockenwelle (12) beabstandet sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, wobei der Pumpenkopf (34) mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Kolbenbohrung (28, 30, 32) ausgestattet ist, innerhalb welcher der Pumpenkolben (22, 24, 26) einer jeweiligen der ersten, zweiten und dritten Pumpeneinheit (2, 4, 6) bewegbar ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3, wobei das Hauptpumpengehäuse (10) mit einer zusätzlichen Öffnung (11) versehen ist und der Pumpenkopf einen Vorsprung (34a) umfasst, der sich in die zusätzliche Öffnung erstreckt, um dadurch eine vergrößerte Länge für die erste, zweite und dritte Kolbenbohrung (28, 30, 32) zu schaffen.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Hauptgehäuseöffnung (13) zum Zusammenwirken mit einer Außenfläche (56) jedes der Antriebselemente (48, 50, 52) gestaltet ist, um die axiale Bewegung der Antriebselemente zu führen, jedoch deren seitliche und winkelförmige (oder Dreh-) Bewegung im wesentlichen zu verhindern.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei die Außenfläche (56) jedes Antriebselements (48, 50, 52) von teilzylindrischer Gestalt ist und wobei die zusätzliche Öffnung (11) in dem Hauptpumpengehäuse (34) eine entsprechend geformte Wand für das Zusammenwirken mit den teilzylindrischen Außenflächen (56) aufweist.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Pumpenkopf (34) zum Zusammenwirken mit einer Außenfläche (56) jedes der Antriebselemente (48, 50, 52) gestaltet ist, um die axiale Bewegung der Antriebselemente über einen im wesentlichen vollständigen, vorwärts gerichteten Hub jedes Antriebselements zu führen, jedoch eine seitliche und winkelförmige oder Dreh-Bewegung der Antriebselemente im wesentlichen zu verhindern.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 7, wobei der Pumpenkopf (34) mit einer Schürzen- oder Randleistenverlängerung (75) versehen ist, welche zum Zusammenwirken mit den Außenflächen (56) der Antriebselemente (48, 50, 52) gestaltet ist, um deren axiale Bewegung zu führen.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Außenflächen (56) der Antriebselemente (48, 50, 52) von teilzylindrischer Form sind.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 5 bis 9, wobei die Außenflächen (56) der Antriebselemente (48, 50, 52) von teilzylindrischer Form des Radius R1 sind, wobei R1 kleiner als die Hälfte der Breite W des Antriebselements ist.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Antriebselement (48, 50, 52) jeder Pumpeneinheit, die Form eines Nockens oder Stößels hat, der bei Gebrauch mit einem Steuerscheibenreiter (36, 38, 40) der zugeordneten Steuerscheibenanordnung (16, 18, 20) zusammenwirken kann, um den zugeordneten Kolben (22, 24, 26) bei Drehung der Nockenwelle (12) zu bewegen.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Pumpenkopf (34) mit mindestens einem ersten und einem zweiten Einlasszuführungsdurchlass (64) zum Zuführen von Kraftstoff zu den Pumpenkammern (23, 25) der ersten und der zweiten Pumpeneinheit (2, 4) versehen ist, wobei die Einlassdurchlässe im wesentlichen parallel zueinander und im wesentlichen rechtwinklig zu dem Hochdruck-Zuführungsdurchlass (68) angeordnet sind.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 12, umfassend mindestens eine erste und eine zweite Steuerscheibenanordnung (16, 18), um den Pumpkolben (22, 24) der zugeordneten ersten und zweiten Pumpeneinheit (2, 4) anzutreiben, wobei die erste und die zweite Steuerscheibenanordnung axial entlang der Nockenwelle (12) beabstandet sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 13, umfassend eine erste, eine zweite und eine dritte Steuerscheibenanordnung, die eine erste, eine zweite bzw. eine dritte Steuerscheibe (16, 18, 20) umfassen, wobei die erste und die zweite Steuerscheibe (16, 18) einstückig mit der Nockenwelle (12) ausgebildet sind und die dritte Steuerscheibe (20) ein separates Bauteil ist, wobei der erste, der zweite und der dritte Nocken (16, 18, 20) axial entlang der Nockenwelle (12) angeordnet sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 14, wobei das vordere (74) und das hintere (76) Achslager im Presssitz an der Nockenwelle (12) vorgesehen sind, um eine erste bzw. eine zweite Lagerfläche für eine jeweils Äußere oder Endseitige der Steuerscheiben (16, 18, 20) zu bilden.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 15, wobei das hintere Achslager (76) einen Durchmesser aufweist, der größer als derjenige des vorderen Lagers (74) ist, wobei der hintere Lagerzapfen-Durchmesser gleich dem Durchmesser der Hauptgehäuseöffnung (13) oder größer als dieser ist, um das direkte Anbringen des hinteren Lagerzapfens (76) an dem Hauptgehäuse oder dessen Abstützung durch das Gehäuse zu gestatten.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei jede der ersten, zweiten und dritten Steuerscheibenanordnungen einen Steuerscheibenreiter (36, 38, 40) von rohrförmiger Gestalt umfasst, der bei Gebrauch durch die zugeordnete der Steuerscheiben (16, 18, 20) angetrieben wird, und das oder der dazu dient, das zugeordnete Antriebselement (48, 50, 52) anzutreiben, wobei/während es sich über die Oberfläche der zugeordneten Steuerscheibe bewegt.