DE3609586A1

DE3609586A1 - Fluessigkraftstoff - pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE3609586A1
Application number: DE19863609586
Authority: DE
Inventors: Dorian Farrar Burnham Bucks Mowbray
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1985-04-09
Filing date: 1986-03-21
Publication date: 1986-10-16
Also published as: GB8509020D0; ES553741A0; IT8619826A1; IT1189075B; FR2587415A1; ES8701905A1; JPS61234264A; IT8619826A0; GB2173864B; US4652220A; FR2587415B1; GB8605680D0; GB2173864A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkraftstoff-Pumpvorrichtung zur Förderung von Kraftstoff an einen Innenverbrennungsmotor. Die Vorrichtung ist von der Art, die folgende Teile aufweist:

ein Verteilerelement, das drehbar in einem Gehäuse angeordnet ist, eine Antriebswelle zum Antreiben des Verteilerelements, wobei die Antriebswelle während des Betriebs vom zugehörigen Motor angetrieben wird, einen in einer radialen Bohrung in dem Verteilerelement angeordneten Kolben, einen am Außenende des Kolbens befindlichen Nockenstößel und eine in dem Gehäuse angeordnete ringförmige Nockentrommel, welche an ihrer Innenumfangsflache eine Mehrzahl von Nockenbuckeln aufweist, wobei dieser Nockenstößel eine Walze, die an diesen Nockenbuckeln angreift, und einen Schuh aufweist, welcher eine zylindrische Aussparung umschließt, in der die Walze sich befindet, Leitungen in dem Verteilerelement und dem Gehäuse, durch die Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle zu der Bohrung und von der Bohrung zu einem Auslaß fließen kann, aufeinander abgestimmte Anschläge an der Antriebswelle und an dem Schuh zur Begrenzung der Auswärtsbewegung des Kolbens, wobei dieses Verteilerelement axial einstellbar ist, damit die Endposition des Kolbens variiert werden kann, sowie Mittel zur Steuerung der axialen Stellung des Verteilerelements.

Eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist aus der GB-OS 2 037 365 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung sind die Walze und der Schuh des Nockenstößels relativ zu dem Verteilerelement so angeordnet, daß sie mit diesem sich axial bewegen, wenn eine Einstellung des Verteilerelements stattfindet. Die praktische Bedeutung hiervon ist, daß die axiale Länge des Nockenstößels mindestens gleich der Länge der Walze plus der zulässigen axialen Bewegung des Verteilerelements sein muß. Die Länge der Walze muß unter Berücksichtigung der zulässigen Hertzschen Spannung des Nockenstößels bestimmt werden, wobei zu beachten ist, daß ein Linienkontakt

zwischen der Walze und der Nockenoberfläche besteht. Die Aufladung zwischen der Walze und der zylindrischen Oberfläche des Schuhes ist erheblich kleiner und ist nicht kritisch bei der Berechnung der Länge der Walze. Um den auftretenden Spannungen widerstehen zu können, ist die Nockentrommel aus teuerem Legierungsstahl hergestellt. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die axiale Länge der Nockentrommel und damit die bei ihrer Herstellung erforderliche Materialmenge zu verringern.

Die auf der Nockentrommel während des Betriebs der Vorrichtung und insbesondere dann, wenn eine hohe Kraftstoffpumprate erforderlich ist, liegende Belastung kann dadurch reduziert werden, daß die Zahl der Kolben erhöht wird. Aus Gründen der Balance werden mindestens zwei Kolben verwendet, jedoch können die auf die Nockentrommel wirkenden Kräfte erheblich reduziert werden, wenn vier oder mehr Kolben verwendet werden, was dazu führt, daß die Deformation der Nockentrommel vermindert wird und somit die Dicke der Nockentrommel reduziert werden kann. Dies gestattet eine weitere Einsparung in der Menge an teuerem Legierungsstahl, wie er bei der Herstellung der Nockentrommel verwendet wird, und vermindert auch das Trägheitsvermögen der Nockentrommel, wodurch eine Bewegung der Nockentrommel aus Gründen der Taktung erleichtert wird. Es besteht jedoch eine praktische Schwierigkeit bei dieser Anordnung, welche daraus resultiert, daß ein großer Raum an den inneren Enden der Bohrungen frei bleibt, welche die Kolben aufnehmen. Dieser Freiraum stellt ein Totvolumen dar und kann die Betriebscharakteristika der Vorrichtung beeinflussen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, keilförmige Verlängerungen an den inneren Enden der Kolben vorzusehen, welche aneinanderstoßen, wenn die Kolben einwärts bewegt werden, um den vorstehend genannten Freiraum einzunehmen, wodurch das Totvolumen minimalisiert wird. Die Kolben müssen jedoch in den Bohrungen korrekt positioniert werden, weil anderenfalls ein physikalischer Kontakt zwischen den Verlängerungen von zwei oder mehr Kolben auftreten kann und dieses zu Schaden führen kann. Verschiedene Vorschläge sind bereits gemacht worden, um solche Kontakte zu verhindern.

jedoch war keiner dieser Vorschläge vollkommen zufriedenstellend. Es ist deshalb ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art anzugeben, die eine Mehrzahl von Kolben beinhaltet und Mittel aufweist, welche die Kolben an einer Drehbewegung hindern.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung zusätzliche Mittel auf, welche diese Walze an einer axialen Bewegung relativ zur Nockentrommel hindern, wobei die Länge dieser Walze im wesentlichen gleich der axialen Länge der Nockentrommel ist und dieser Schuh an einer axialen Bewegung relativ zu dem Verteilerelement gehindert ist derart, daß dann, wenn eine Axialbewegung des Verteilerelements stattfindet, um die Menge an gefördertem Kraftstoff anzustellen, eine relative Axialbewegung zwischen der Walze und dem Schuh stattfindet.

Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung eine Vielzahl von Kolben und entsprechenden Nockenstößeln auf, wobei die Kolben in entsprechenden radialen Bohrungen angeordnet sind, die in das Verteilerelement eingeschnitten und an ihren inneren Enden miteinander verbunden sind, wobei die Kolben Keilelemente an ihren inneren Enden aufweisen, die dann, wenn die Kolben einwärts bewegt werden, sich so bewegen, daß sie den vom inneren Ende der Bohrungen umschlossenen Raum einnehmen, die Kolben an ihren äußeren Enden drehfest mit den zugehörigen Schuhen der Nockenstößel verbunden sind und diese Schuhe entgegen einer Winkelbewegung um die Längsachse der Pumpkolben angeordnet sind, wodurch diese Kolben an einer Drehbewegung innerhalb ihrer Bohrungen gehindert werden.

Ein Beispiel für eine Kraftstoffpumpvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher beschrieben.

Figur 1 ist ein seitlicher Schnitt durch die Vorrichtung, die einen Teil der Vorrichtung in alternativen Positionen zeigt;

Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung und

Figur 3 ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Teils der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung.

Wie die Zeichnungen erkennen lassen, enthält die Vorrichtung ein mehrteiliges Gehäuse 10, in dessen einem Teil eine Antriebswelle 11 montiert ist, welche während des Betriebs an ein drehendes Teil des zugehörigen Motors gekoppelt ist. Die Antriebswelle hat einen inneren Endabschnitt 12 von vergrößertem Durchmesser, welcher innerhalb eines Raumes 13 gelegen ist, der von dem Gehäuse umschlossen ist, und in das verbreiterte Teil der Antriebswelle ist eine Mehrzahl von Zylindern 14 eingeschnitten, in denen Pumpkolben 15 angeordnet sind, die durch entsprechende Federn nach außen gedrängt werden, so daß Gleitschuhe 16 an den Außenenden der Kolben an einer Nockenoberfläche angreifen, welche von einer an dem Gehäuse befestigten Nockentrommel 17 gebildet ist. Die Kolben 15 stellen eine Niederdruckpumpe dar, welche Kraftstoff unter niedrigem Druck an eine innerhalb der Vorrichtung angeordnete Hochdruckeinspritzpumpe fördert.

Innerhalb einer Hülse 18, die in einem anderen Teil des Gehäuses fest angeordnet ist, befindet sich gleitbar ein rotierendes zylindrisches Verteilerelement 19. Das Verteilerelement ist an die Antriebswelle 11 mittels eines Zapfens 20 angekoppelt, weshalb das Verteilerelement mit der Antriebswelle synchron mit dem zugehörigen Motor rotiert. Das Verteilerelement wird mittels einer Spiraldruckfeder 21, die sich zwischen dem Verteilerelement und der Antriebswelle erstreckt, nach rechts in der Zeichnung gedrängt, und es kann gegen die Wirkung der Feder 21 bewegt werden, um Kraftstoff unter Druck von der Niederdruckpumpe zu einer Kammer 22 durchzulassen, die von dem Gehäuse am entfernten Ende des Verteilerelements umschlossen ist. Der Druck in der Kammer wird zweckmäßigerweise elektrisch gesteuert unter Verwendung eines elektromagnetischen Ventils 23, wobei der Stromfluß in den Windungen dieses Ventils durch

ein elektronisches Steuersystem (nicht dargestellt) gesteuert wird, das auf verschiedene Motorbetriebsparameter und gewünschte Betriebsparameter anspricht.

Das Verteilerelement 19 besitzt ein verbreitertes Teil 24 in dem Raum 13, und in dem verbreiterten Teil des Verteilerelements befindet sich eine Vielzahl von - im vorliegenden Beispiel 6 radial sich erstreckenden Bohrungen 25, die an ihren inneren Enden miteinander verbunden sind und an einen, in das Verteilerelement eingeschnittenen, sich axial erstreckenden Durchgang 26 angeschlossen sind. Der Durchgang 26 steht in Verbindung mit einer Mehrzahl von radial sich erstreckenden Einlassen 27, die während der Füllperiode der Bohrungen 25 mit Einlaßöffnungen 28 in Verbindung stehen können, welche in die erwähnte Hülse eingeschnitten sind. Die Einlaßöffnungen 28 stehen in Verbindung mit dem Auslaß der Niederdruckpumpe, und zwar über ein elektromagnetisch betätigtes Ventil 29, das geschlossen werden kann, wenn gewünscht wird, daß die Kraftstofförderung zu dem zugehörigen Motor angehalten wird.

Der Durchgang 26 steht auch mit einem Förderschlitz 30 in Verbindung, der in den Umfang des Verteilerelements eingeschnitten ist und der so angeordnet ist, daß er, wenn das Verteilerelement rotiert, mit einer Mehrzahl von Auslaßöffnungen 31 in Übereinstimmung kommt, die in die erwähnte Hülse eingeschnitten sind und die sich zu Auslässen 32 auf dem Äußeren des Gehäuses hin erstrecken. Die Auslässe sind während des Betriebs an die jeweiligen Einspritzdüsen des zugehörigen Motors angeschlossen. Wie die Zeichnung zeigt, gehört zu jedem Auslaß 32 ein entladendes Förderventil 33 von herkömmlicher Bauart.

In jeder Bohrung 25 befindet sich ein Pumpkolben 34, wie er auch in perspektivischer Ansicht in Figur 2 dargestellt ist. Die Kolben besitzen einen zentralen zylindrischen Abschnitt 35, Keilelemente 36 an ihren inneren Enden und Zungen 37 an ihren

äußeren Enden. Die plane Oberfläche der Keilelemente erstreckt sich in Ebenen parallel zu der Rotationsachse des Verteilerelements, so daß dann, wenn die Kolben einwärts bewegt werden, wie weiter unten beschrieben werden soll, die Keilelemente 36 den Raum einnehmen, der von den inneren Enden der Bohrungen umschlossen wird, um das in dem Verteilerelement enthaltene Totvolumen an Kraftstoff zu reduzieren.

Nockenstößel 38 sind an den äußeren Enden der Kolben angeordnet, und jeder Nockenstößel weist eine Walze 39 und einen Schuh 40 auf. Eine perspektivische Ansicht des Schuhes ist in Figur 3 wiedergegeben. Die Nockenstößel befinden sich in radialen Schlitzen, welche in eine Verlängerung des verbreiterten Teils 12 der Antriebswelle eingeschnitten sind, so daß das zum Antrieb der Nockenstößel erforderliche Drehmoment direkt von der Antriebswelle stammt. Die Innenoberfläche der Verlängerung des verbreiterten Teils der Antriebswelle ist nach außen aufgeweitet und bildet geneigte Anschlagflächen 41. Die Oberflächen 41 arbeiten mit komplementären Anschlagflächen 42 zusammen, welche an seitlichen Verlängerungen 43 an der Seite der Schuhe angeformt sind. Außerdem ist jeder Nockenstößel mit einem umlaufenden Schlitz 44 versehen, der von der Zunge 37 des zugehörigen Kolbens besetzt ist. Die Zunge und der Schlitz 44 hindern den Kolben 34 an einer Winkelbewegung, da eine Winkelbewegung des Schuhes dadurch verhindert wird, daß er in einem radialen Schlitz gelegen ist. Außerdem ist der Schuh, dessen axiale Länge kleiner ist als die axiale Länge der zugehörigen Walze, an einer axialen Bewegung relativ zu dem Verteilerelement gehindert. Die Walzen 39 besitzen eine vergrößerte axiale Länge, verglichen mit den Schuhen, und die Walzen 39 sind an einer axialen Bewegung in einer Richtung durch eine· Schubplatte 45 gehindert, die innerhalb des Raumes 13 angeordnet ist, und in der entgegengesetzten Richtung durch das verbreiterte Teil 12 der Antriebswelle.

Die Walzen greifen an der inneren ümfangsoberf lache einer ringförmigen Nockentrommel 46 an, die gegen axiale Bewegung inner-

halb des Gehäuses gesichert ist. Die Winkeleinstellung der trockentrommel kann in bekannter Weise variiert werden unter Verwendung eines durch Kraftstoffdruck betätigten Kolbens 47, wobei die Anwendung des Kraftstoffdrucks auf diesen Kolben durch ein weiteres elektromagnetisches Ventil gesteuert werden kann.

An der inneren Umfangsoberfläche der Nockentrommel ist eine Mehrzahl von Nockenbuckeln angeformt, die so gelegen sind, daß dann, wenn die Antriebswelle rotiert, allen Kolben zur gleichen Zeit eine Einwärtsbewegung verliehen wird und Kraftstoff von den inneren Enden der Bohrungen 25 verdrängt wird und zu dem Förderschlitz 30 und zu einer Auslaßöffnung 31 fließt. In^dem das Verteilerelement seine Rotation fortsetzt, gestatten die Nockenbuckel eine Auswärtsbewegung der Kolben, wobei eine solche Auswärtsbewegung durch Kraftstoff bewirkt wird, welcher durch die Einlaßöffnungen 28 zu den Einlassen 27 fließt. Das Ausmaß der Auswärtsbewegung der Kolben ist begrenzt durch den Anschlag an den Anschlagflächen 41 und 42, und auf diese Weise kann durch Variieren der axialen Stellung des Verteilerelements die durch die Vorrichtung bei jedem Einspritzhub geförderte Kraftstoffmenge variiert werden.

Durch Verwendung einer großen Zahl von Kolben kann die Kraftstoff örderrate extrem hoch sein; da jedoch eine große Zahl von Kolben vorliegt, ist die Belastung und die Verformung der Nockentrommel 46 gering, und deshalb kann die Dicke der Trommel reduziert werden, verglichen mit dem Fall, in dem nur zwei Kolben vorgesehen sind. Die axiale Länge der Nockentrommel und der Walzen wird so gewählt, daß die zulässige Hertzsche Spannung in der Nockentrommel nicht überschritten wird. Auf diese Weise ist die axiale Länge der Nockentrommel reduziert im Vergleich z.B., mit der Nockentrommel, die in der GB-OS 2 037 365 beschrieben ist. Bei der Herstellung der Kolben ist es zweckmäßig, die radiale Dimension der Keilelemente und Zungen geringfügig kleiner zu machen als den zentralen zylindrischen Abschnitt 35, um ein genaues Schleifen des zylindrischen Abschnitts zu ermöglichen.

Claims

LUCAS INDUSTRIES p.l.C.

Birmingham B19 2XF

England LUC

Flüs s igkraftstoff-Pumpvorrichtung

Patentan sprüche

f 1.)Flüssigkraftstoff-Pumpvorrichtung zur Förderung von Kraft-— stoff zu einem Innenverbrennungsmotor, enthaltend ein Verteilerelement, das drehbar in einem Gehäuse angeordnet ist, eine Antriebswelle zum Antreiben des Verteilerelements, wobei die Antriebswelle während des Betriebs vom zugehörigen Motor angetrieben wird, einen in einer radialen Bohrung in dem Verteilerelement angeordneten Kolben, einen am Außenende des Kolbens befindlichen Nockenstößel und eine in dem Gehäuse angeordnete ringförmige Nockentrommel, welche an ihrer Innenumfangsfläche eine Mehrzahl von Nockenbuckeln aufweist, wobei dieser Nockenstößel eine Walze, die an diesen Nockenbuckeln angreift und einen Schuh aufweist, welcher eine zylindrische Aussparung um-

schließt, in der die Walze liegt. Leitungen in dem Verteilerelement und Gehäuse, durch die Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle zu der Bohrung und von der Bohrung zu einem Auslaß fließen kann, aufeinander abgestimmte Anschläge an der Antriebswelle und an dem Schuh zur Begrenzung der Auswärtsbewegung des Kolbens, wobei dieses Verteilerelement axial einstellbar ist, damit die Endposition des Kolbens variiert werden kann, sowie Mittel zur Steuerung der axialen Stellung des Verteilerelements, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel, welche diese Walze an einer axialen Bewegung relativ zur Nockentrommel hindern, wobei die Länge dieser Walze im wesentlichen gleich der axialen Länge der Nockentrommel ist und dieser Schuh an einer axialen Bewegung relativ zu dem Verteilerelement gehindert ist derart, daß dann wenn eine Axialbewegung des Verteilerelements stattfindet, um die Menge an gefördertem Kraftstoff einzustellen, eine relative axiale Bewegung zwischen der Walze und dem Schuh stattfindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß diese zusätzlichen Mittel ein Paar von Oberflächen aufweisen, die an den einander gegenüberliegenden Enden der Walze angeordnet sind, wobei eine in dem Gehäuse montierte Schubplatte die eine dieser Oberflächen und ein verbreitertes Teil der Antriebswelle die andere dieser Oberflächen bilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des Kolbens und des Schuhes eine Nut- und Federverbindung zwischen einer Zunge und einem umlaufenden Schlitz über der Drehachse des Verteilerelements bilden, wodurch eine relative axiale Bewegung zwischen dem Schuh und dem Verteilerelement verhindert wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Kolben und entsprechenden Nockenstößeln aufweist, wobei die Kolben in entsprechenden radialen Bohrungen angeordnet sind, die in das Verteilerelement eingeschnitten und an ihren inneren Enden miteinander verbunden sind, die Kolben Keilelemente an ihren inneren Enden aufweisen, die dann, wenn die Kolben einwärts bewegt werden, sich so bewegen, daß sie den vom inneren Ende der Bohrungen umschlossenen Raum einnehmen,

die Kolben an ihren äußeren Enden drehfest mit dem zugehörigen Schuh der Nockenstößel verbunden sind, und diese Schuhe entgegen einer Winkelbewegung um die Längsachse der Pumpkolben angeordnet sind, wodurch diese Kolben an einer Drehbewegung innerhalb ihrer Bohrungen gehindert sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß diese Antriebswelle ein verbreitertes Teil aufweist, welches den Abschnitt des Verteilerelements umgibt, in dem die Kolben angeordnet sind ,und daß dieses verbreiterte Teil der Antriebswelle Schlitze aufweist, welche diese Nockenstößel aufnehmen, wobei die Wände dieser Schlitze eine Winkelbewegung der Schuhe um die Achse der Kolben und damit eine Drehbewegung der Kolben verhindern