-
Diese Erfindung bezieht sich auf eine
Kraftstoffpumpenvorrichtung zum Zuführen von Kraftstoff zu einer
Verbrennungskraftmaschine, die eine Hochdruckpumpe, die ein hin- und herbewegbares
Pumpelement enthält, einen Nockenmechanismus, der zum Betätigen
des Pumpelementes in einer zeitlichen Beziehung mit der
verbundenen Maschine betreibbar ist, und einen mit Fluiddruck
betreibbaren Kolben, der mit dem Nockenmechanismus gekoppelt ist,
aufweist, wobei der Kolben in einem Zylinder montiert ist und
zur Variation des Zeitablaufs der Kraftstofflieferung zu der
verbundenen Maschine in Übereinstimmung mit dem Druck von Fluid
in einem Ende des Zylinders arbeitet. Eine solche
Kraftstoffpumpenvorrichtung ist aus der GB-A-2 239 963 bekannt.
-
In einer Form einer solchen Vorrichtung ist das Pumpelement in
der Form eines Paares von Pumpplungerkolben ausgebildet, die in
einer radialen Bohrung montiert sind, die in einem rotierenden
Teil der Pumpe ausgebildet ist. Der rotierende Teil wird in
einer zeitlichen Beziehung mit der verbundenen Maschine
angetrieben und die Kolben sind an ihren äußeren Enden in Eingriff mit
Nockenfolgern, welche wiederum in Eingriff mit Nockenzipfeln
kommen können, die auf der internen Umfangsoberfläche eines
Nockenrings ausgebildet sind, der für eine winkelmäßige
Einstellung um die Rotationsachse des Teiles montiert ist. Der
Kolben und der Zylinder sind relativ zu dem Nockenring
tangential angeordnet und einem Gehäuseteil der Vorrichtung montiert,
wobei der Kolben eine Ausnehmung definiert, die zwischen seinen
Enden liegt und in die sich ein Stift erstreckt, der sich
radial von dem Nockenring erstreckt und auf dem Nockenring montiert
ist. Der Kolben ist in der Richtung der Rotation des zuvor
genannten Teils federbelastet, um so den Kolben und den
Nockenring
in der Zeitablaufverzögerungsrichtung zu bewegen, und er
ist in der entgegengesetzten Richtung gegen die Wirkung der
Feder durch unter Druck stehendes Fluid, welches in den Zylinder
zugeführt wird, bewegbar.
-
Während des Betriebs der Pumpe ist der Nockenring
Reaktionskräften unterworfen, insbesondere wenn die Nockenfolger in
Eingriff mit den führenden Flanken der Nockenzipfel sind. Dieser
Reaktionskraft wird durch die Erzeugung einer hydraulischen
Verriegelung in dem Zylinder Widerstand entgegengesetzt. Von
der Vorrichtung wird verlangt, daß sie über einen breiten
Temperaturbereich funktioniert, und es ist die Praxis, einen
anodisch oxydierten Aluminiumkolben in einer Bohrung, die in
einem Aluminiumgehäuse ausgebildet ist, vorzusehen. Dieses
überwindet das Problem einer unterschiedlichen Ausdehnung, so daß
der Arbeitsspielraum zwischen dem Kolben und der Wand der
Bohrung, die den Zylinder bildet, mehr oder weniger konstant über
den Temperaturbereich bleibt. Mit einer solchen Anordnung muß
der Kolben mit einem Einsatz aus Stahl oder ähnlichem für einen
Eingriff von dem Stift vorgesehen sein, um eine adäquate
Oberflächenlebensdauer zu sichern. Falls ein Stahlkolben in der
Bohrung verwendet wird, um so die Notwendigkeit für den
speziellen Einsatz zu überwinden, variiert der Arbeitsspielraum mit
der Temperatur und, da die Komponenten so zu bearbeiten sind,
daß der korrekte Arbeitsspielraum bei der niedrigsten
Temperatur des Temperaturbereiches bereitgestellt wird, steigt der
Arbeitsspielraum so wie die Temperatur ansteigt. Dieses führt zu
einer erhöhten Leckage von Flüssigkeit entlang des
Arbeitsspielraumes, so daß die hydraulische Verriegelung weniger
wirksam wird, und es erlaubt dem Kolben ebenfalls, sich unter der
Wirkung der hydraulischen und mechanischen Belastung in der
Bohrung schräg zu stellen.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung
in einer verbesserten Form bereitzustellen.
-
Entsprechend der Erfindung definiert in einer Vorrichtung der
spezifizierten Art der Kolben an dem einen Ende des Zylinders
eine blinde Ausnehmung, in welcher ein Zapfen gleitbar montiert
ist, der sich nach innen von einem Endverschluß des Zylinders
erstreckt, wobei der Zapfen und der Kolben aus Materialien
ausgebildet sind, die denselben oder ähnliche
Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei der Zapfen und die Ausnehmung eine
Arbeitskammer, ein Ventilmittel, durch welches Fluid von dem
einen Ende des Zylinders in die Arbeitskammer fließen kann, wenn
der Kolbenvon diesem wegbewegt wird, und ein Beschränkter-
Durchgang-Mittel, durch welches Fluid aus der Arbeitskammer
fließen kann so wie sich der Kolben in Richtung des einen Endes
des Zylinders bewegt, definieren.
-
Ein Beispiel der Kraftstoffpumpenvorrichtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
-
Figur 1 einen teilweise geschnittenen Schnitt durch ein Teil
einer Pumpenvorrichtung, in die die Erfindung eingebaut ist,
zeigt, und
-
Figur 2 in einem kleineren Maßstab einen geschnittenen
Seitenaufriß des verbleibenden Teils der Vorrichtung zeigt.
-
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die Vorrichtung weist ein
Gehäuse 10 auf, das aus Aluminium oder einem Leichtmetall
ausgebildet ist. Das Gehäuse 10 bildet einen Teil von oder ist,
wie gezeigt, an einem Hauptgehäuse 9 gesichert, das ein
rotierendes Teil in der Form eines sich um seine Achse drehenden
zylindrischen Verteilerteils 28 aufnimmt, welches an eine durch
eine Maschine angetriebene Antriebswelle 29 gekoppelt ist. In
dem Verteilerteil ist eine sich transversal erstreckende
Bohrung 30 ausgebildet, in der ein Paar von Pumpenplungerkolben 31
montiert ist. Die Bohrung, die zwischen den Plungerkolben
liegt, definiert eine Pumpkammer, die mittels eines axialen
Durchgangs 32 und eines Lieferdurchgangs 33 beim Drehen in
Verbindung mit Auslaßöffnungen 34 gebracht wird, die in dem
Gehäuse 9 ausgebildet sind, wobei die Auslässe im Gebrauch
entsprechend mit den Einspritzdüsen der verbundenen Maschine verbunden
sind. Die Pumpkammer kommuniziert außerdem mit
Einlaßdurchgängen 35 in dem Verteilerteil, die beim Drehen zwischen den
Kraftstofflieferperioden mit einer Kraftstoffeinlaßöffnung 36
in Übereinstimmung kommen. Die Einlaßöffnung ist mittels eines
winkelmäßig einstellbaren Drosselteils 37 mit einer Quelle für
unter Druck stehenden Kraftstoff verbunden, wobei diese Quelle
in der Zeichnung mit 11 bezeichnet ist und dienlicherweise eine
Drehzellenpumpe ist, deren rotierender Teil mit dem
Verteilerteil 28 gekoppelt ist. An ihren äußeren Enden sind die
Plungerkolben 31 entsprechend mit Nockenfolgern in Eingriff, wobei
jeder Nockenfolger eine Rolle aufweist, die in Eingriff mit der
internen Umfangsoberfläche eines ringförmigen Nockenrings 12
kommen kann, der in dem Gehäuse 10 für eine winkelmäßige
Einstellung um die Rotationsachse des Verteilerteils montiert ist.
Auf der internen Umfangsoberfläche des Nockenrings sind eine
Mehrzahl von diametral angeordneten Nockenzipfeln 13
ausgebildet, die den Plungerkolben 31 eine nach innen gerichtete
Bewegung erteilen so wie sich das Verteilerteil um seine Achse
dreht. Die nach innen gerichtete Bewegung der Plungerkolben
verdrängt Kraftstoff aus der Pumpkammer zu einem der zuvor
genannten Auslässe 34 und die Menge des Kraftstoffes, der
geliefert wird, wird durch die Einstellung des Drosselteils
bestimmt.
-
Der Nockenring ist winkelmäßig zur Variation des Zeitablaufs
der Kraftstofflieferung bewegbar und zu diesem Zweck mittels
eines Stiftes, der einen vergrößerten Kopf 14 aufweist, mit
einem Kolben 15 gekoppelt, der in einem Zylinder 16, der in dem
Gehäuse ausgebildet ist, gleitbar ist. Die Achse des Kolbens
und des Zylinders ist tangential zu dem Nockenring.
-
Der Kolben ist mittels einer Feder 17 in Richtung eines Endes
des Zylinders vorgespannt, wobei die Richtung der Bewegung des
Kolbens unter der Wirkung der Feder die Richtung der Rotation
des Verteilerteils 28 ist. Der Kolben ist in der
entgegengesetzten Richtung durch Einbringen von Fluid in das andere Ende
des Zylinders, dienlicherweise von einer Niedrigdruckpumpe 11,
bewegbar. Der Kolben ist in dem speziellen Beispiel aus Stahl
ausgebildet und der Arbeitsspielraum zwischen dem Kolben und
der Wand des Zylinders 16 ist derart, daß er bei der
niedrigsten Temperatur des beabsichtigten Arbeitstemperaturbereiches
der Vorrichtung korrekt ist.
-
In dem Ende des Kolbens 15 an dem einen Ende des Zylinders 16
ist eine zylindrische Ausnehmung 18 ausgebildet, und in die
Ausnehmung erstreckt sich ein Zapfen 19, der integral mit einer
Platte 20 ausgebildet ist, die, in dem speziellen Beispiel, in
einer Tasche zurückgehalten wird, die an dem Ende des Zylinders
mittels einer Stufe, die in dem Zylinder 16 ausgebildet ist,
und eines Endverschlusses 21 definiert ist. Die Platte 20 ist
in Beziehung zu der Größe der Tasche so ausgebildet, daß sie
einer begrenzten axialen und transversalen Bewegung zum Zwecke
der Ausrichtung unterliegen kann. Der Zapfen und der Kolben
sind aus demselben Material ausgebildet, so daß der
Arbeitsspielraum zwischen der Wand der Ausnehmung 18 und der
Oberfläche des Zapfens über den Temperaturbereich im wesentlichen
konstant bleibt.
-
Der Zapfen und das innere Ende der Ausnehmung bilden eine
Arbeitskammer 22, die über zwei Wege mit dem einen Ende des
Zylinders 16 verbunden ist. Der erste Weg weist einen Durchgang
23 auf, in den ein Beschränker 24 eingebaut ist, und der zweite
Weg weist einen Durchgang 25 auf, in dem ein Rückschlagventil
26 montiert ist, wobei das Rückschlagventil so positioniert
ist, daß ein Fluß von Kraftstoff von der Arbeitskammer zu dem
einen Ende des Zylinders verhindert wird. Zusätzlich ist das
eine Ende des Zylinders mit der Niedrigdruckpumpe 11 verbunden
und im Betrieb wird der Kolben 15, so wie der Ausgangsdruck der
Niedrigdruckpumpe mit ansteigender Maschinengeschwindigkeit
ansteigt, gegen die Wirkung der Feder 17 zum Vorschieben der
Zeitsteuerung der Kraftstofflieferung bewegt. Während einer
solchen Bewegung wird sich das Einwegventil 26 zur Ermöglichung
eines Kraftstoffflusses in die Arbeitskammer 22 öffnen. So wie
die Maschinengeschwindigkeit abnimmt und der Ausgangsdruck der
Niedrigdruckpumpe fällt, wird die Feder 17 den Kolben in
Richtung des einen Endes des Zylinders zwingen und ein
Kraftstofffluß aus der Arbeitskammer wird durch den Durchgang 23 bei
einer Rate, die durch den Begrenzer 24 gesteuert ist,
stattfinden.
-
Wenn die Pumpe in Betrieb ist, und insbesondere, wenn die
Rollen in Eingriff mit den führenden Flanken der Nockenzipfel 13
sind, wird der Nockenring 12 eine Reaktionskraft erfahren, die
dazu neigt, den Kolben 15 in Richtung des einen Endes des
Zylinders zu bewegen. Diese Bewegung wird durch die Erzeugung
einer hydraulischen Verriegelung in der Arbeitskammer 22 aufgrund
des Schließens des Ventils 26 begrenzt, so daß der Kolben gegen
jedwede abschätzbare Bewegung aufgrund der Nockenreaktion
gehalten werden wird. Der Arbeitsspielraum zwischen dem Zapfen
und der Wand der Ausnehmung 18 bleibt über den
Arbeitstemperaturbereich der Vorrichtung konstant, und daher bleibt die
hydraulische Verriegelung im wesentlichen unbeeinflußt. Es wird
mit ansteigender Temperatur eine ansteigende Leckage zwischen
der Wand des Kolbens 15 und der Bohrung 16 geben, aber solange
die Leckage nicht so exzessiv ist, daß sie den Ausgangsdruck
der Niedrigdruckpumpe wesentlich reduziert, wird die
Vorrichtung wie beschrieben funktionieren.
-
Es wird aus der Zeichnung bemerkt, daß der Kopf 14 gegenüber
der Achse des Kolbens 15 versetzt ist. Dies ist so, um die
notwendige Auslenkung des Kolbens für eine gegebene Winkelbewegung
des Nockenrings zu reduzieren und außerdem den Zusammenbau zu
erleichtern. Das bedeutet jedoch, daß, wenn die Reaktionskraft
dem Nockenring eine Bewegung erteilt, der Kolben in dem
Zylinder leicht schräg gestellt wird und, da der Kolben in dem
Beispiel aus Stahl und das Gehäuse aus Aluminium ausgebildet ist,
es einen exzessiven Verschleiß der Kontaktoberfläche geben
könnte. Dieser Neigungskraft wird jedoch teilweise durch das
Vorsehen des Zapfens Widerstand geleistet, da dieser in einen
positiven Eingriff mit dem Endabschluß 21 durch den Druck, der
durch die Nockenreaktionskräfte in der Arbeitskammer 22 erzeugt
wird, gezwungen wird.
-
Um die Neigungskraft weiter auszubalancieren, kann auf dem
Kolben eine kleine Ausnehmung 27 ausgebildet werden, die im
wesentlichen diametral entgegengesetzt zu dem Nockenring ist,
wobei die Ausnehmung 27 mit der Arbeitskammer 22 kommuniziert.
Die Wirkung des Drucks in der Ausnehmung 27 ist, der
Neigungskraft, die auf den Kolben ausgeübt wird, entgegenzuwirken.
-
Ein weiterer Vorteil der Konstruktion ist die Tatsache, daß das
Ventil 26 und der Begrenzer 24 in dem Zapfen nahe der
Arbeitskammer 22 aufgenommen sind und dadurch das Volumen des
Treibstoffs, der dem hohen Druck unterliegt, auf einem Minimum
gehalten wird.