DE1931070C3 - Kraftstoff membranpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere elektromagnetisch betätigte Membranpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffmembranpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere elektromagnetisch betätigte Membranpumpe, mit einer einen Betätigungsraum gegenüber einem Arbeitsraum abschließenden Arbeitsn>embran, einem zwischen dem Arbeitsraum und einem Druckraum angeordneten Auslaßventil und einem zwischen dem Arbeitsraum und einem vom Druckraum getrennten Saugraum liegenden, einen federbeaufschlagten Schließkörper aufweisenden Einlaßventil.

Derartige Kraftstoffmembranpumpen sind in den verschiedensten Ausführungen bekanntgeworden und dienen dazu, Kraftstoffbeschickungseinrichtungen, wie z. B. Vergaser oder Einspritzanlagen für Brennkraftmaschinen, mit Kraftstoff zu versorgen. Es sind elektromagnetisch betätigte Membranpumpen der eingangs genannten Art bekanntgeworden, bei denen eine biegeweiche Arbeitsmembran mit einer zentrischen Stangenführung verwendet wird. Im Gegensatz zu dieser Ausführung kennt man auch bereits Kraftstoffmembranpumpen, bei denen eine zentrische Membranführungsstange nicht möglich ist, da hierbei die Betätigungsvorrichtung einen Magnetkern in Topfform aufweist, über den ein mit der Arbeitsmembran zusammenwirkender Permanentmagnet in Schwingung versetzt wird. Ein solcher Topfmagnet ermöglicht ferner auch nicht die Verwendung einer biegeweichen Arbeitsmembran, vielmehr muß für diese eine festeingespannte, ° biegestarke Platte verwendet werden (DE-Gbm 19 46 236).

Die bekannten, elektromagnetisch betätigten Membranpumpen benötigen überdies viel Raum für ein- oder angebaute Kraftstoff-Filterelemente und Kraftstoffabsperreinrichtungen. Vor allem ist es aber nachteilig, daß die Federcharakteristik der Arbeitsmembran bzw. eines Federelements der Arbeitsmembran nicht ausreichend an die mit wechselndem Luftspalt des Magnetfeldes veränderlichen magnetischen Kräfte angepaßt ist Das gilt insbesondere für diejenigen Kraftstoffmembranpumpen, bei denen eine biegeweiche Membran mit einer zentrischen Stangenführung verwendet wird. Schließlich können die bekannten Kraftstoffmembranpumpen auch hinsichtlich ihrer Ventilsteuerung noch nicht voll befriedigen. Die Kraftstoffpumpenventile müssen nämlich auf sehr geringe Druckdifferenzen ansprechen. Das bedeutet daß die Ventilschließkräfte nur sehr gering sein dürfen, was aber dazu führt, daß die Ventile bei stillstehender Kraftstoffpumpe nicht vollständig dicht schließen. Es kommt daher immer wieder zu Funktionsstörungen, da entweder Kraftstoff aus einem höher gelegenen Tank über die Kraftstoffpumpe unbeabsichtigt zur Kraftstoffversorgungseinrichtung fließen und diese zum Überlaufen bringen kann oder aber bei tieferliegendem Tank sowohl die Kraftstoffversorgungseinrichtung der Brennkraftmaschine als auch die Kraftstoffleitung und die Kraftstoffpumpe selbst leerlaufen und sich mit Luft füllen können. Auch tritt bei nichtschließenden Ventilen ein erheblicher Leistungsabfall der Kraftstoffpumpe ein.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Kraftstoffmembranpumpe für Brennkraftmaschinen, insbesondere eine elektromagnetisch betätigte Membranpumpe, der eingangs genannten Art zu schaffen, die die vorerwähnten Nachteile nicht aufweist, vielmehr bei gedrängtem Aufbau und geringen Herstellungskosten eine wirkungs- und leistungsmäßige Verbesserung mit sich bringt und vor allem beim Stillstand der Kraftstoffpumpe einen Durchfluß des Kraftstoffs durch diese wirksam verhindert

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der federbelastete Schließkörper des Einlaßventils in der Ruhestellung der Pumpe durch direkte oder indirekte Einwirkung der Arbeitsmembran und/oder eines Membranfederelementes einer zusätzlichen Schließkraft ausgesetzt wird.

Mit den Mitteln der Erfindung wird auf einfache Weise erreicht, daß bei ruhender Arbeitsmembran diese selbst oder aber ihr Federelement auf den beweglichen Schließkörper des Einlaßventils eine Kraft ausübt, die sich zu der Kraft des Ventilfederelementes addiert bzw. diese sogar übersteigt und dadurch das Ventil hermetisch schließt. Bei stillstehender Kraftstoffpumpe und damit ruhender Arbeitsmembran ist also ein Kraftstofffluß über die Pumpe nicht mehr möglich. Dadurch wird die Betriebssicherheit der Pumpe und damit auch der Brennkraftmaschine wesentlich erhöht und zugleich der Einsatzbereich der Pumpe erweitert.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist zwischen der dem Arbeitsraum zugewandten Seite der Arbeitsmembran und dem Einlaßventil eine sich an der Membran abstützende Zwisch?nfeder angeordnet. Ober

diese Zwischenfeder wird während des Arbeitshubs der Arbeitsmembran der Schließkörper des Einlaßventils völlig dicht geschlossen, während andererseits während des Saughubs der Arbeitsmembran der Druck der Zwischenfeder nachläßt, so daß das Einlaßventil in der gewünschten Weise feinfühlig reagieren kann. Die Wirkungsweise des Einlaßventils wird also in keiner Weise schädlich beeinflußt

Zweckmäßig greift die Zwischenfeder an einem auf einem Ventilbolzen des Einlaßventils axial beweglichen, der Abstützung der Einlaßventilfeder dienenden Federteller an. Da in weiterer Ausbildung der Erfindung die Zwischenfeder stärker als die Einlaßventilfeder bemessen ist, wird beim Arbeitshub der Arbeitsmembran die Feder des Einlaßventils über den Federteller so weit zusammengedrückt, daß dieser an dem Schließkörper des Einlaßventils zur Anlage kommt. Dadurch wird ein absolut dichter Abschluß des Einlaßventils gewährleistet.

Die Zwischenfeder erfordert keine besondere Befestigung an der Arbeitsmembran. Es genügt beispielsweise, die Zwischenfeder an ihrem der Arbeitsmembran zugekehrten Ende in einer Ausnehmung eines der die Arbeitsmembran zwischen sich einschließenden Befestigungsteller einzusetzen.

Eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffmembranpumpe ist in der Zeichnung im Längsschnitt dargestellt.

Die Kraftstoffmembranpumpe besteht aus einem unteren Gehäuseteil 1, einem Zwischengehäuse 2 und einem zweiteiligen Haubenteil 3. Im unteren Gehäuseteil 1 und im Bereich des Zwischengehäuses 2 befindet sich ein Betätigungsraum 4 für die Aufnahme einer unten näher beschriebenen elektromagnetischen Betätigungseinrichtung der Kraftsioffpumpe. Der Raum 4 ist gegenüber einem Arbeitsraum 5 durch eine biegeweiche Arbeitsmembran 6 abgeschlossen, die an ihren Seiten mit einem umgebogenen Flanschteil 7 des oberen Haubenteils 3 an dem Zwischengehäuse 2 der Kraftstoffpumpe befestigt ist. Der Arbeitsraum 5 ist gegenüber einem mit einem Einlaßstutzen 8 versehenen Saugraum 9 und gegenüber einem mit einem Auslaßstutzen 11 versehenen Druckraum 12 abgeschlossen, wobei letzterer vom Saugraum 9 getrennt ist. Zwischen dem Saugraum 9 und dem Arbeitsraum 5 ist ein Einlaßventil 13 angeordnet, das im dargestellten Ausführungsbeispiel durch ein flach gewölbtes, im Saugraum 9 liegendes Kraftstoffilterelement 14 abgedeckt ist. Ein dem Einlaßventil 13 im wesentlichen entsprechendes Auslaßventil 15 ist zwischen dem Arbeitsraum 5 und dem Druckraum 12 angeordnet.

Das Einlaßventil 13 besteht im wesentlichen aus dem Ventilsitz 16, einem beweglichen Schließkörper 17, einem Ventilbolzen 18, einem darauf axial beweglichen Federteller 19 und einer zwischen letzterem und dem Schließkörper 17 befindlichen Ventilfeder 21. An der der Ventilfeder 21 abgewandten Seite des Ventiltellers 19 greift eine gegenüber der Ventilfeder 21 stärker bemessene Zwischenfeder 22 an. Die Zwischenfeder 22 ist an ihrem anderen Ende in einer Ausnehmung 23 eines oberen Befestigungstellers 24 der Arbeitsmembran 6 gelagert. Die Arbeitsmembran 6 ist zwischen dem oberen Befestigungsteller 24 und einem ähnlich ausgebildeten unteren Befestigungsteller 25 eingespannt. Die Arbeitsmembran 6 und die beiden Befestigungsteller 24,25 sind an dem oberen Ende einer zentrischen Membranführungsstange 26 flüssigkeitsdicht aneenietet. Das untere Ende der Membranfiih- rungsstange 26 arbeitet mit einer Impulsschalteinrichtung 27 zusammen, die das periodische Ein- und Ausschalten der hn Betätigungsraum 4 untergebrachten elektromagnetischen Betätigungseinrichtung bewirkt

Die Betätigungseinrichtung besteht im wesentlichen aus einem zweischenkligen magnetisierbaren Kern 28 mit aufgesteckten Induktionsspulen 29 und einem Rückschlußanker 31, der über einen Haltebügel 32 mit der Arbeitsmembran 6 und der Membranführungsstange 26 fest verbunden ist Die Membranführungsstange 26 besitzt einen abgestuften Querschnitt und besteht aus einem oberen Stangenteil 33 und einem unteren, dünner ausgebildeten Stangenteil 34. Auf dem unteren Stangenteil 34 sitzt ein Anschlagring 35, der zur Abstützung einer den oberen Stangenteil 33 umgebenden weicheren Feder 36 und einer den unteren Stangenteil 34 teilweise umgebenden härteren Feder 37 dient Während sich die weichere Feder 36 mit ihrem freien Ende an dem Haltebügel 32 abstützt, stützt sich die härtere Feder 37 mit ihrem freien Ende an einer Führungsbüchse 38 ab. Unter der Kraft der stärkeren Feder 37 kann die Anschlagscheibe 35 an einer von dem oberen Stangenteil 33 der Führungsstange 26 gebildeten Schulter 39 zur Anlage gebracht werden.

Die Wirkungsweise der elektromagnetisch betätigten Membranpumpe wird im folgenden anhand der Beschreibung eines Bewegungsablaufs der Arbeitsmembran näher erläutert:

Im Ruhezustand der Kraftstoffpumpe nimmt die Arbeitsmembran δ infolge der Krafteinwirkung des aus der weichen und harten Feder 36, 37 bestehenden Membranfederelements ihre obere Totpunktlage ein. In dieser Stellung der Arbeitsmembran 6 wird durch die gegenüber der Ventilfeder 21 des Einlaßventils 13 wesentlich stärker ausgebildete Zwischenfeder 22 die Federkraft der Ventilfeder 21 überwunden und dadurch der bewegliche Schließkörper 17 des Einlaßventils 13 fest auf den Sitz 16 gedrückt. Das Einlaßventil 13 ist somit hermetisch geschlossen, so daß bei stillstehender Kraftstoffpumpe kein Kraftstoff unbeabsichtigt durch äußere Kräfte, z. B. infolge des Einflusses der Schwerkraft, durch die Pumpe fließen kann. In der oberen Totpunktlage der Arbeitsmembran ist der Kontakt der Impulsschalteinrichtung 27 geschlossen, und der Luftspalt zwischen dem magnetisierbaren Kern 28 und dem Rückschlußanker 31 besitzt sein größtes Maß.

Sobald die Kraftstoffpumpe nun durch eine elektrische Schalteinrichtung eingeschaltet wird, fließt über den Kontakt der Impulsschalteinrichtung 27 ein elektrischer Strom durch die Induktionsspulen 29 des magnetisierbaren Kerns 28. Durch das sich dabei im Kern 28 und im Luftspalt aufbauende Magnetfeld wird der Rückschlußanker 31 und damit auch die Arbeitsmembran 6 mit allen daran befestigten Teilen zunächst entgegen der Kraft der weichen Feder 36 nach unten gegen den Kern 28 gezogen. Da der Luftspalt anfänglich noch groß ist und das Magnetfeld noch nicht seine volle Stärke erreicht hat, ist die untere härtere Feder 37 zunächst noch nicht voll wirksam. Sobald jedoch der Luftspalt ein bestimmtes, eingestelltes Maß unterschreitet, kommt die härtere Feder 37 zur vollen Wirkung, so daß diese allein den sich immer mehr verstärkenden magnetischen Kräften entgegenwirkt und dabei die anfänglich nicht an der Schulter 39 anliegende Anschlagscheibe 35 zur Anlage an der Schulter 39 bringt.

Während des vorbeschriebenen Saughubes der

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die Kraft der Zwischenfeder 22 zunehmend geringer, so daß sich der Federteller 19 von dem Ventilschließkörper 17 abheben kann.

Dadurch wird das Einlaßventil 13 freigegeben, so daß das freie Spiel des Ventilschließkörpers 17 nicht behindert wird. Das Einlaßventil 13 kann somit auf geringe Druckdifferenzen reagieren, d. h. es wird infolge des inzwischen im Arbeitsraum 5 herrschenden Unterdruckes geöffnet. Da zugleich durch die Bewegung der Arbeitsmembran 6 der Rauminhalt des Arbeitsraumes 5 erweitert wird, strömt der zu fördernde Kraftstoff aus dem Saugraum 9 über das Einlaßventil 13 in den Arbeitsraum 5 der Kraftstoffpumpe. Sobald sich die Arbeitsmembran 6 in der Nähe des unteren Totpunktes befindet, stellt sich zwischen dem Saugraum 9 und dem Arbeitsraum 5 eine so geringe Druckdifferenz des zu fördernden Kraftstoffs ein, daß die Ventilfeder 21 das Einlaßventil 13 wieder schließt. Weiterhin wird, kurz bevor die Arbeitsmembran 6 die untere Totpunktlage erreicht, durch die Impulsschalteinrichtung 27 unter dem Einfluß des unteren Endes des Stangenteils 34 der elektrische Stromfluß unterbrochen und dadurch das Magnetfeld abgebaut, so daß das aus den beiden Federn 36 und 37 bestehende Membranfederelement die Arbeitsmembran 6 wieder in Richtung zur oberen Totpunktlage zurückbewegen kann. Das Magnetfeld bricht nicht schlagartig zusammen, jedoch verharrt die Arbeitsmembran 6 nur sehr kurze Zeit in der unteren Totpunktlage, und zwar so lange, bis die Kraft des Membranfederelementes die des Magnetfeldes übersteigt und dadurch den Rückschlußanker 31 wieder in Richtung auf den oberen Totpunkt verschiebt. Wenn die Arbeitsmembran 6 die untere Totpunktlage überschritten hat und sich wieder in Richtung auf die obere Totpunktlage bewegt, öffnet sich infolge des Druckanstiegs im Arbeitsraum 5 das Auslaßventil 15, so daß Kraftstoff aus dem Arbeitsraum

,ο 5 über das Auslaßventil 15 in den Druckraum 12 ausströmen kann. Im Verlauf der Bewegung der Arbeitsmembran von der unteren zur oberen Totpunktlage entspannt sich die harte Feder 37 zunehmend, während sich die weiche Feder 36 spannt. Dabei

,₅ entfernt sich der zwischen den beiden Federn 36, 37 liegende Anschlagring 35 ein wenig von der Anschlagschulter 39.

Mit zunehmender Rückbewegung der Arbeitsmembran 6 wird auch die Kraft der Zwischenfeder 32 wieder stärker, so daß sie schließlich wieder die Kraft der Ventilfeder 21 des Einlaßventils 13 übersteigt und somit den Federteller 19 auf den Schließkörper 17 des Einlaßventils 13 drückt. Dadurch wird das Einlaßventil 13 mit verstärkter Kraft wieder hermetisch geschlossen In der Nähe der oberen Totpunktlage schließt sich der Kontakt der Impulsschalteinrichtung 27 wieder, so daO das vorstehend beschriebene Arbeitsspiel erneut beginnen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patenunsprüche:

1. Kraftstoffmembranpumpe für Brennkraftma schinen, insbesondere elektromagnetisch betätigte Membranpumpe, mit einer einen Betäügungsraum gegenüber einem Arbeitsraum abschließenden Arbeitsmembran, einem zwischen dem Arbeitsraum und einem Druckraum angeordneten Auslaßventil und einem zwischen dem Arbeitsraum und einem vom Druckraum getrennten Saugraum liegenden, einen federbeaufschlagten Schließkörper aufweisenden Einlaßventil, dadurch gekennzeichnet, daß der federbelastete Schließkörper (17) des Einlaßventils (13) in der Ruhestellung der Pumpe durch direkte oder indirekte Einwirkung der Arbeitsmembran (6) und/oder eines Membranfederelementes (36, 37) einer zusätzlichen Schließkraft ausgesetzt ist

2. Kraftstoffmembranpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der dem Arbeitsraum (5) zugewandten Seite der Arbeitsmembran (6) und dem Einlaßventil (13) eine sich an der Membran (6) abstützende Zwischenfeder (22) angeordnet ist

3. Kraftstoffmembranpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfeder (22) an einem auf einem Ventilbolzen (18) des Einlaßventils (13) axial beweglichen, der Abstützung der Einlaßventilfeder (21) dienenden Federteller (19) angreift

4. Kraftstoffmembranpumpe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenfeder (22) stärker als die Einlaßventilfeder (21) bemessen ist

5. Kraftstoffmembranpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zwischenfeder (22) an ihrem der Arbeitsmembran (6) zugekehrten Ende in einer Ausnehmung (23) eines der die Arbeitsmembran (6) zwischen sich einschließenden Befestigungsteller (24,25) befindet.