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Diese
Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe. Insbesondere betrifft die
Erfindung eine Pumpe zur Verwendung bei einem Kraftstoffsystem für einen Motor
vom Selbstzündungstyp
(Dieselmotor). Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe
ist besonders zur Verwendung bei einem Common-Rail-Kraftstoffsystem
geeignet. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Pumpe auch zum Gebrauch
in anderen Anwendungen geeignet ist.
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Bei
einem Common-Rail-Kraftstoffsystem wird eine Hochdruckkraftstoffpumpe
verwendet, um ein "Common
Rail" (eine gemeinsame
Druckleitung) auf einen hohen Druck aufzuladen. Eine Mehrzahl von
einzeln betätigbaren
Kraftstoffeinspritzventilen ist angeordnet, um die Zuführung von
Kraftstoff vom "Common
Rail" zu den Verbrennungsräumen eines Motors
zu steuern. Die Kraftstoffpumpe ist typischerweise eine nockenbetätigte Kolbenpumpe.
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Man
ist auf Schwierigkeiten bei der Erzielung einer Befüllung der
Pumpenkammern der Pumpe in der verfügbaren Zeit gestoßen, insbesondere
wenn die Strömung
von Kraftstoff zur Pumpe dosiert wird, und folglich hat man oft
eine Förderpumpe,
die sich günstigerweise
im Kraftstofftank befand, oder eine Transferpumpe vorgesehen. Solche
Transfer- oder Förderpumpen
erhöhen
die Kosten und die Komplexität
des Kraftstoffsystems und führen
dazu, dass das Systemvergrößerte Abmessungen
besitzt. Um den Bereich der Anwendungen zu vergrößern, bei dem eine Pumpe verwendet
werden kann, nimmt man an, dass es wichtig ist, die axiale Länge der
Pumpe auf ein Minimum herabzusetzen.
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Das
UK-Patent Nr. 1,274,237 (Friedmann & Maier) beschreibt ein Kraftstoffeinspritzpumpensystem,
das mindestens eine nockenbetätigte
Hochdruckpumpe umfasst, die unter hohem Druck stehenden Kraftstoff
in zeitlich festgelegten Abständen
in mindestens eine jeweilige Verbrennungskammer des Motors pumpen
kann. Die Pumpe umfasst auch eine Nockenwellenkammer, die eine Nockenwelle
und mindestens einen Nocken zur Betätigung der Hochdruckpumpe(n)
enthält,
und eine Kraftstoffförderpumpe
zum Pumpen von Kraftstoff aus einem unter einem niedrigen Druck
stehenden Speicher zu der bzw. den Hochdruckpumpe(n) und zur Nockenwellenkammer.
Eine Druckreduzier- oder Drosselvorrichtung ist ebenfalls vorgesehen,
um den Druck des Kraftstoffs, der in die Nockenwellenkammer gepumpt
wird, derart zu verringern, dass der Druck des der Nockenwellenkammer
zugeführten
Kraftstoffs wesentlich niedriger ist als der Druck des der bzw.
den Hochdruckpumpe(n) zugeführten
Kraftstoffs. Während
des Betriebs der Pumpe wird jede Nocke mit Hilfe von der Nockenwellenkammer
zugeführtem
Kraftstoff geschmiert.
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Ein
Motor mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe ist im US-Patent 5,701,872
(Sanshin Kogyo Kabushiki Kaisha) beschrieben. Diese Hochdruckpumpe besitzt
eine mit einer Kurbelwelle angetriebene Pumpe, die um eine Achse
drehbar ist, die parallel zur Kurbelwellenachse verläuft. Die
Hochdruckpumpe umfasst des weiteren eine integrale Schmierpumpe zum
Schmieren der Komponenten der Pumpe.
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Die
europäische
Patentanmeldung Nr. 0 856 661 (Delphi Technologies, Inc.) beschreibt
ebenfalls eine Hochdruckkraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe weist
eine Kopplungseinrichtung auf, die einen ersten Pumpenkolben mit
einer zweiten Antriebseinrichtung und einen zweiten Pumpenkolben
mit einer ersten Antriebseinrichtung mechanisch koppelt, wobei dann,
wenn der erste Pumpenkolben durch die erste Antriebseinrichtung
vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt bewegt wird, der zweite
Pumpenkolben mittels der Kopplungseinrichtung vom oberen Totpunkt
zum unteren Totpunkt bewegt wird. Wenn der zweite Pumpenkolben mittels
der zweiten Antriebseinrichtung vom unteren Totpunkt zum oberen
Totpunkt bewegt wird, wird der erste Pumpenkolben mittels der Kopplungseinrichtung
vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Kraftstoffpumpe bereitzustellen,
bei der das Vorsehen einer separaten Transfer- oder Förderpumpe vermieden werden
kann. Es ist eine weitere Aufgabe, eine Kraftstoffpumpe mit einer
relativ kurzen axialen Abmessung zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird eine
Kraftstoffpumpe bereitgestellt, die einen ersten Pumpenkolben, der innerhalb
einer ersten Bohrung hin und her bewegbar ist und zusammen mit der
ersten Bohrung eine erste Pumpenkammer bildet, einen zweiten Pumpenkolben,
der innerhalb einer zweiten Bohrung hin und her bewegbar ist und
zusammen mit der zweiten Bohrung eine zweite Pumpenkammer bildet,
einen Versorgungskanal, durch den Kraftstoff aus der ersten Pumpenkammer
der zweiten Pumpenkammer zugeführt
wird, und ein Antriebsmittel zum Antreiben des ersten und des zweiten
Pumpenkolbens sowohl in der Vorschubrichtung als auch in der Rückziehrichtung
umfasst, derart, dass dann, wenn das Antriebsmittel den ersten Pumpenkolben
in seine Rückziehrichtung
antreibt, der zweite Pumpenkolben in seine Vorschubrichtung angetrieben
wird, um Kraftstoff aus der zweiten Pumpenkammer herauszudrücken, und dann,
wenn das Antriebsmittel den ersten Pumpenkolben in seine Vorschubrichtung
antreibt, der zweite Pumpenkolben in seine Rückziehrichtung getrieben wird
und Kraftstoff aus der ersten Pumpenkammer heraus durch den Versorgungskanal
hindurch zur zweiten Pumpenkammer herausgedrückt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Pumpenkolben 27, 38 axial
fluchten und miteinander verbunden sind.
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Indem
auf diese Weise ein erster hin und her bewegbarer Kolben zur Beladung
einer zweiten Pumpenkammer verwendet wird, kann das Vorsehen einer
separaten Transfer- oder Förderpumpe
vermieden werden.
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Der
erste und der zweite Kolben werden zweckmäßigerweise durch eine gemeinsame
Nockenanordnung angetrieben. Eine solche Anordnung gestattet es,
dass die axiale Abmessung der Pumpe verringert werden kann.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst das Antriebsmittel ein erstes
und ein zweites Stößelelement,
die jeweils mit dem ersten bzw. dem zweiten Pumpenkolben verbunden
sind, wobei das erste und das zweite Stößelelement innerhalb einer
ersten bzw. einer zweiten Stößelbohrung
hin und her bewegbar sind, wobei das erste und das zweite Stößelelement
zusammen mit der jeweiligen Stößelbohrung
eine erste und eine zweite weitere Kammer bilden, wobei sich die
Volumina der ersten und der zweiten weiteren Kammer im Betrieb verändern, wenn
sich die Stößelelemente
innerhalb ihrer jeweiligen Stößelbohrungen
hin und her bewegen, wobei die erste und die zweite weitere Kammer
mit einem Entlüftungsmittel
ausgestattet sind, um die erste und die zweite Kammer derart zu entlüften, dass
im wesentlichen verhindert wird, dass die Hin- und Herbewegung des ersten und des
zweiten Stößelelements
beeinträchtigt
wird.
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Zweckmäßigerweise
kann die Pumpe des weiteren ein Mittel umfassen, das es gestattet,
dass Luft in die erste und die zweite weitere Kammer angesaugt wird.
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Die
Pumpe umfasst vorzugsweise eine Dosieranordnung zum Steuern der
Menge an Kraftstoff, die der ersten und der zweiten Pumpenkammer
zugeführt
wird.
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Zweckmäßigerweise
umfasst die Pumpe einen Befüllungskanal,
durch welchen Kraftstoff in die erste Pumpenkammer strömt, wobei
die Dosieranordnung innerhalb des Befüllungskanals vorgesehen ist,
und einen Kraftstoffspeicher, der vorgesehen ist, um das Befüllen der
ersten Pumpenkammer zu unterstützen.
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Die
Erfindung wird des weiteren beispielhaft unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Kraftstoffpumpe gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung;
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2 einen
Schnitt durch die schematisch in 1 dargestellte
Pumpe; und
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3 eine
Darstellung, die die relative Lage einiger Teile der Kraftstoffpumpe
veranschaulicht.
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Die
in den beigefügten
Zeichnungen dargestellte Kraftstoffpumpe ist zur Verwendung beim
Aufladen eines Common Rail 10 auf einen geeignet hohen
Druck bestimmt, zum Einsatz in einem Kraftstoffsystem zum Zuführen von
Kraftstoff zu einem Motor mit Selbst- oder Verdichtungszündung (Dieselmotor). Die
Kraftstoffpumpe umfasst einen mehrteiligen Pumpenkörper 11,
der einen ersten und einen zweiten Teil 12, 13 umfasst,
die aneinander befestigt sind und die eine Antriebswelle 14 zum
Drehen über
Lager 15 abstützen.
Dichtungen 16 sind vorgesehen, um den Austritt von Öl oder anderen
Schmiermitteln aus dem Pumpenkörper 11 zu
vermeiden. Wie am deutlichsten in 1 gezeigt,
ist die Antriebswelle 14 derart gestaltet, dass sie ein
einstückiges
Nockenrad 18 bildet, das drei gleichwinklig beabstandete
Nocken 19 umfasst.
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Die
Nockenoberfläche
des Nockenrads 18 wird durch ein Paar Rollen 20 erfasst,
die drehbar auf Stiften 21 angebracht sind, die von jeweiligen
Stößeln 22a, 22b getragen
werden. Die Stößel sind
jeweils verschiebbar innerhalb entsprechender Bohrungen 23 angebracht,
die in dem Teil 13 des Pumpenkörpers 11 vorgesehen
sind. Wie dargestellt, sind die Stifte 21 an den Stößeln dadurch
befestigt, dass sich die Stifte 21 durch in den Stößeln vorgesehene Öffnungen
erstrecken.
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Die
Stifte 21 erstrecken sich des weiteren durch Öffnungen,
die in einem Paar von Antriebsplatten 24 vorgesehen sind,
wobei die Antriebsplatten 24 die Stifte 21 miteinander
verbinden und so die Stößel miteinander
verbinden. Wie in 3 gezeigt ist, sind die Antriebsplatten 24 mit
länglichen
Schlitzen 25 versehen, durch welche sich die Antriebswelle 14 erstreckt,
wobei die Schlitze 25 von einer ausreichenden Länge sind,
um sicherzustellen, dass die Hin- und Herbewegung der Stößel unter
der Wirkung des Nockenrads 18 beim Drehen der Antriebswelle 14 nicht
behindert ist. Die Platten 24 und das Innere des Pumpenkörpers 11 sind
derart gestaltet, dass zwischen den Platten und dem Pumpenkörper kein
Kontakt oder Eingriff derart stattfindet, dass die Bewegung der
Stößel verhindert
würde.
Die Platten 24 können
unter Verwendung von Clips in ihrer Lage befestigt sein, oder sie
können
durch die Nähe
des Pumpenkörpers 11 in
ihrer Lage gehalten werden.
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Wie
in 2 gezeigt, ist am Teil 13 des Pumpenkörpers 11 ein
erstes Kolbengehäuse 26 befestigt,
das mit einer Bohrung versehen ist, in welcher ein erster Kolben 27 hin
und her bewegbar ist. Der erste Kolben 27 ist an einem
der Stößel 22a derart befestigt,
dass die Bewegung des Stößels 22a auf den
ersten Kolben 27 übertragen
wird, um zu bewirken, dass sich der Kolben 27 innerhalb
seiner Bohrung hin und her bewegt. Die Kopplung zwischen dem ersten
Kolben 27 und dem dazugehörigen Stößel 22a wird durch
eine Federclipanordnung 28 derart bewirkt, dass, falls
der erste Kolben 27 in irgendeiner Stellung hängenbleibt,
eine relative Bewegung zwischen dem ersten Kolben 27 und
dem dazugehörigen
Stößel 22a stattfinden
kann. Bei normalem Betrieb befestigt die Federclipanordnung 28 jedoch
den ersten Kolben 27 starr an dem Stößel 22a.
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Die
Bohrung, innerhalb welcher der erste Kolben 27 hin und
her bewegbar ist, ist mittels einer Kappe 29 geschlossen,
die an dem ersten Kolbengehäuse 26 befestigt
ist, wobei das erste Kolbengehäuse 26 und
die Kappe 29 mittels Schrauben 30 an dem Teil 13 des
Pumpenkörpers 11 befestigt
sind. Es ist jedoch ersichtlich, dass jede alternative geeignete Technik
zur Befestigung dieser Komponenten aneinander verwendet werden könnte. Geeignete
Dichtungen sind zwischen diesen Komponenten der Kraftstoffpumpe
angeordnet.
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Die
Kappe 29 ist mit Bohrungen versehen, die einen Einlasskanal 31 bilden,
welcher mit einer Einlassöffnung
in Verbindung steht. Die Verbindung zwischen dem Einlasskanal 31 und
der in dem ersten Kolbengehäuse 26 angeordneten
Bohrung wird mittels einer Einlassventilanordnung gesteuert, die
ein Ventilelement 32 aufweist, das mittels einer schwachen
Feder 33 in eine Stellung vorgespannt ist, in der es das
Ende des Einlasskanals 31 schließt. Die Feder verhindert im
Betrieb den Rückfluss
von Kraftstoff. Das Ventilelement 32 besitzt die Form einer Scheibe
mit einem Durchmesser, der ausreicht, um das Ende des Einlasskanals 31 abzudecken,
wobei die Scheibe mit drei sich radial erstreckenden Schenkeln versehen
ist, die ausreichend lang sind, um mit der Wand der in dem ersten
Kolbengehäuse 26 vorhandenen
Bohrung zusammenzuwirken, um sicherzustellen, dass das Ventilelement 32 im
Betrieb zu der Bohrung im wesentlichen koaxial bleibt. Die Räume zwischen
den Armen bilden einen Strömungskanal,
wodurch Kraftstoff in die Bohrung strömen kann, wenn das Ventilelement 32 von
der Kappe 29 abgehoben ist.
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Die
Einlassventilanordnung ist so gestaltet, dass sie der Kraftstoffströmung sehr
wenig Widerstand entgegensetzt, wodurch das Befüllen der Bohrung möglich wird,
ohne dass eine Saugpumpe vorgesehen werden muss. Um dies zu ermöglichen,
sind die der Kraftstoffströmung
ausgesetzten Querschnittsbereiche groß, und die Feder ist schwach. Das
Ventil kann sich zweckmäßigerweise
bereits dann öffnen,
wenn die Druckdifferenz über
das Ventil hinweg 0,1 bar ist.
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Die
in dem ersten Kolbengehäuse 26 vorgesehene
Bohrung 26, der erste Kolben 27 und die Kappe 29 bilden
zusammen eine erste Pumpenkammer 34, die mit einem Versorgungskanal 35 in
Verbindung steht, wodurch Kraftstoff von der ersten Pumpenkammer 34 aus
zugeführt
werden kann.
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Diametral
gegenüber
dem ersten Kolbengehäuse 26 ist
der Teil 13 mit einem zweiten Kolbengehäuse 36 ausgestattet,
das mittels Schrauben an dem Teil 13 befestigt ist. Das
zweite Kolbengehäuse 36 ist
mit einer Blindbohrung 37 versehen, innerhalb welcher ein
zweiter Kolben 38 hin und her bewegbar ist. Der zweite
Kolben 38 ist mittels einer Federclipanordnung an dem Stößel 22b befestigt.
Das zweite Kolbengehäuse 36 und
der zweite Kolben 38 bilden zusammen eine zweite, unter
hohem Druck stehende Pumpenkammer 39, die über geeignete
Bohrungen mit dem Versorgungskanal 35 in Verbindung steht. Wie
schematisch in
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1 dargestellt
ist, ist der Versorgungskanal 35 mit einem Rückschlagventil 40 versehen,
derart, dass Kraftstoff von der ersten Pumpenkammer 34 durch
den Versorgungskanal 35 hindurch zu der zweiten Pumpenkammer 39 strömen kann,
wobei eine Kraftstoffströmung
in der umgekehrten Richtung durch das Rückschlagventils 40 im
wesentlichen verhindert wird. Die zweite Pumpenkammer 39 steht
des weiteren über
ein zweites Rückschlagventil 41 mit
einem Kanal 42 in Verbindung, der in das Common Rail 10 mündet. Das
Rückschlagventil 41 ist
derart ausgerichtet, dass Kraftstoff aus der zweiten Pumpenkammer 39 in
Richtung auf das Common Rail 10 strömen kann, dass jedoch die Kraftstoffströmung in
der umgekehrten Richtung im wesentlichen verhindert wird.
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Um
das Totvolumen auf ein Minimum herabzusetzen und dadurch die Kompressibilität des Kraftstoffs
zu verringern und die Pumpeneffizienz zu verbessern, befindet sich
das Ventil 40 in der Nähe
der unter hohem Druck stehenden Pumpenkammer. Das Ventil 40 bildet
eine beträchtliche
Behinderung für
die Kraftstoffströmung,
da der durch das Ventil 40 in dessen geöffnetem Zustand gebildete Kanal
klein ist, um die Pumpeneffizienz zu verbessern, und der erlaubte Hub
des Ventilelements gering ist. Das Ventil 40 enthält eine
starke Feder, um ein schnelles Schließen sicherzustellen. Es ist
deshalb ersichtlich, dass eine merkbare Druckdifferenz erforderlich
ist, um das Ventil 40 zu öffnen und die Pumpenkammer
zu befüllen.
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Es
ist ersichtlich, dass die Bohrungen 23, innerhalb welcher
die Stößel hin
und her bewegbar sind, Kammern 23a, 23b bilden,
deren Volumina sich während
der Hin- und Herbewegung der Stößel ändern. Die
Kammer 23b, die dem Stößel 22b zugeordnet
ist, dem der zweite Pumpenkolben 39 zugeordnet ist, wird
durch einen Kanal 43 in eine Kammer 44 entlüftet, innerhalb
welcher das Nockenrad 18 drehbar ist. Das Entlüften der
Kammer 23b auf diese Weise stellt sicher, dass die Hin-
und Herbewegung des Stößels 22b nicht
beeinträchtigt
ist.
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Die
Kammer 23a, die dem Stößel 22a zugeordnet
ist, kann, falls gewünscht,
in die Kammer 44 auf die gleiche Weise entlüftet werden.
Statt jedoch einfach die Kammer 23a zur Kammer 44 hin
zu entlüften,
wird bei der gezeigten Anordnung die Kammer 23a, die dem
der ersten Pumpenkammer 27 zugeordneten Stößel 22a zugeordnet
ist, verwendet, um Luft aus einer Leitung 45 anzusaugen,
die mit der Einlassöffnung
der Pumpe verbunden ist. Dies wird durch das Vorsehen eines Kanals 46,
der den Kanal 45 mit der Kammer 23a verbindet,
und durch das Vorsehen eines Kanals 49 erzielt, der ein
federvorgespanntes Rückschlagventil 50 enthält, um eine
Verbindung zwischen der Kammer 23a und der Kammer 44 zu
schaffen. Ein Rückschlagventil 47 und
eine Verengung 48 sind in dem Kanal 46 vorgesehen.
Das Rückschlagventil 47 ist
nicht federvorgespannt, und es wird angenommen, dass im Betrieb
Luft innerhalb der Kanäle 45, 46 zum
Ventil 47 hindurchtreten und damit relativ leicht zur Kammer 23a,
die dem Stößel 22a zugeordnet
ist, strömen
kann. Der Fluss von Kraftstoff an dem Ventil 47 vorbei
wird sowohl durch das Ventil 47 als auch durch die Verengung 48 beschränkt und
so strömt
relativ wenig Kraftstoff zur dem Stößel 22a zugeordneten
Kammer 23a.
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Die
Kammer 44 steht über
eine abführende Leitung 51,
innerhalb welcher ein Rückschlagventil 52 vorgesehen
ist, mit einem Kraftstoffspeicher 53 in Verbindung. Der
Kraftstoffspeicher 53 steht des weiteren über einen
Filter 54 mit dem Kanal 45 in Verbindung.
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Im
Betrieb bewirkt ausgehend von der in 2 gezeigten
Stellung, in der der erste Pumpenkolben 27 eine vorgeschobene
Stellung einnimmt, in der die erste Pumpenkammer 34 ein
relativ kleines Volumen besitzt, und in der der zweite Pumpenkolben 38 eine
zurückgezogene
Stellung einnimmt, in der die zweite Pumpenkammer 39 ein
relativ großes Volumen
besitzt, die Drehung der Antriebswelle 14 und des Nockenrads 18,
dass sich die dem zweiten Pumpenkolben 38 zugeordnete Rolle 20 in
Anlage mit einer der Nocken 19 bewegt, wobei das Zusammenwirken
zwischen dem Nocken 19 und der Rolle 20 bewirkt,
dass sich die Rolle 20, der zugeordnete Stößel 22b und
der zweite Pumpenkolben 38 aus der in 2 gezeigten,
zurückgezogenen
Stellung in Richtung auf eine vorgeschobene Stellung bewegen, wie
dies in 1 gezeigt ist. Eine solche Bewegung des
zweiten Pumpenkolbens 38 verdichtet den Kraftstoff innerhalb
der zweiten Pumpenkammer 39. Da das Rückschlagventil 40 das
Fließen
von Kraftstoff von der zweiten Pumpenkammer 39 in Richtung
auf die erste Pumpenkammer 34 verhindert, kann Kraftstoff
nicht in Richtung auf die erste Pumpenkammer 34 austreten,
und statt dessen wird Kraftstoff durch das Rückschlagventil 41 und
den Kanal 42 dem Common Rail 10 zugeführt. Die
Bewegung der mit dem zweiten Pumpenkolben 38 verbundenen
Rolle 20 wird über
die Antriebsplatten 24 auf den Stößel 22a übertragen,
der dem ersten Pumpenkolben 27 zugeordnet ist. Folglich
wird bewirkt, dass sich der erste Pumpenkolben 27 von seiner
vorgeschobenen Stellung in Richtung auf seine zurückgezogene
Stellung bewegt, wie dies in 1 gezeigt
ist. Eine solche Bewegung des ersten Pumpenkolbens 27 vergrößert das
Volumen der ersten Pumpenkammer 34, wodurch der Kraftstoffdruck
darin herabgesetzt wird. Wie vorstehend beschrieben, verhindert
das Rückschlagventil 40 die
Kraftstoffströmung
zur ersten Pumpenkammer 34 entlang des Versorgungskanals 35.
Folglich fällt
der Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Pumpenkammer 34 auf
ein Niveau ab, das ausreicht, um zu bewirken, dass das Ventilelement
gegen die Wirkung der Feder 33 von seinem Sitz weg bewegt
wird, und es wird Kraftstoff aus dem Kraftstoffspeicher 53 durch
den Filter 54 und eine Dosieranordnung 55 hindurch
in die erste Pumpenkammer 34 angesaugt, wobei die Dosieranordnung
in günstiger
Weise elektromagnetisch gesteuert wird.
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Die
Bewegung des ersten und des zweiten Pumpenkolbens 27, 38 wird
fortgesetzt, bis die in 1 gezeigte Stellung erreicht
ist. In dieser Stellung nimmt der erste Pumpenkolben 27 seine
zurückgezogene
Stellung ein, und der zweite Pumpenkolben 38 nimmt seine
vorgeschobene Stellung ein. Wenn diese Stellung erreicht ist, bewirkt
die fortgesetzte Drehung der Antriebswelle 14 und des Nockenrads 18,
dass die Rolle 20, die dem ersten Pumpenkolben 27 zugeordnet
ist, an einer der Nocken 19 angreift, wobei das Zusammenwirken
zwischen ihnen bewirkt, dass der Pumpenkolben 27 eine Bewegung
in Richtung auf seine ausgefahrene Stellung beginnt. Da das Ventilelement 32 in
eine Schließstellung
vorgespannt ist, zweckmäßigerweise
mittels einer schwachen Feder, setzt eine solche Bewegung den Kraftstoff
innerhalb der ersten Pumpenkammer 34 unter Druck, und danach
wird Kraftstoff von der ersten Pumpenkammer 34 aus durch
den Versorgungskanal 35 in Richtung auf die zweite Pumpenkammer 39 geführt. Die
Bewegung der Rolle 20, die dem ersten Pumpenkolben zugeordnet
ist, wird durch die Antriebsplatten 24 auf den Stößel 22b,
der mit dem zweiten Pumpenkolben 38 verbunden ist, übertragen,
und folglich wird der zweite Pumpenkolben 38 in Richtung
auf seine zurückgezogene
Stellung bewegt, wodurch das Volumen der zweiten Pumpenkammer 39 in
einem Ausmaß erhöht wird,
das ausreicht, um den von der ersten Pumpenkammer 34 zugeführten Kraftstoff
aufzunehmen. Die Kraftstoffströmung
wird auf diese Weise fortgesetzt, bis der erste und der zweite Pumpenkolben 27, 38 in
die in 2 gezeigte Stellung zurückgekehrt sind. Wenn die in 2 gezeigte
Stellung erreicht worden ist, führt
eine fortgesetzte Drehung der Antriebswelle 14 zu dem Herausdrücken von
weiterem Kraftstoff aus der zweiten Pumpenkammer 39, wie
vorstehend beschrieben ist.
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Wie
voranstehend erwähnt,
benötigt
das Ventil 40 zum Öffnen
und um es zu ermöglichen, dass
die Hochdruckpumpenkammer befüllt
wird, das Aufbringen einer merkbaren Last. Da der Kolben 27 von
der selben Antriebsanordnung wie der Kolben 38 angetrieben
wird, ist ersichtlich, dass eine große Pumpenlast aufgebracht werden
kann und dass diese ausreicht, um das Ventil 40 zur Befüllung der Hochdruckpumpenkammer
zu befüllen.
Des weiteren besteht kein Bedarf an dem Vorsehen irgendeines Systems
zum Regeln des Drucks am Auslass der Niederdruckpumpenkammer.
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Die
Bewegung des Stößels 22a,
der dem ersten Pumpenkolben 27 zugeordnet ist, dient außerdem dazu,
Kraftstoff und Luft aus dem Kanal 45 durch den Kanal 46,
die Verengung 48 und das Ventil 47 hindurch anzusaugen
und Kraftstoff und Luft durch das Ventil 50 in Richtung
der Kammer 44 herauszudrücken, von der aus sie über die
Leitung 51 in den Kraftstoffspeicher 53 zurückgeführt werden.
Eine solche Bewegung des Stößels 22a ist
nützlich,
da auf das anfängliche
Starten der Kraftstoffpumpe hin, währenddessen sich eine beträchtliche
Menge Luft in den Kanälen 45, 46 befinden
kann, die Bewegung des Stößels 22a das
schnelle Abführen
solcher Luft aus dem System unterstützt, wodurch der Kanal 45 schnell
mit Kraftstoff befüllt
wird. Es besteht Hoffnung, dass nach dem anfänglichen Starten der Kraftstoffpumpe
wenig oder keine Luft im Kanal 45 vorhanden ist. Das Hubvolumen
der Kammer 23a ist groß.
Jedoch wird bei normalem Betrieb nur ein kleiner Bruchteil dieses
Volumens mit Kraftstoff gefüllt, da
die Verengung 48 und das Ventil 47 Beschränkungen
für das
Einströmen
von Kraftstoff in die Kammer 23a bilden; demzufolge wird
die Effizienz der Pumpe durch eine Bewegung des Stößels 22a,
mit der übermäßige Mengen
an Kraftstoff verdrängt
werden müssten,
nicht wesentlich beeinträchtigt.
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Der
Kraftstoff, der auf diese Weise aus dem Kanal 45 angesaugt
wird, dient zum Schmieren der Pumpe.
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Die
Dosieranordnung 55 wird zur Steuerung der Menge an Kraftstoff,
die der ersten Pumpenkammer 34 zugeführt wird, und folglich der
Menge an Kraftstoff verwendet, die der zweiten Pumpenkammer 39 zugeführt wird,
wodurch die Kraftstoffzuführungsrate
zum Common Rail 10 gesteuert und die Steuerung des Drucks
im Common-Rail ermöglicht wird.
In Fällen,
in denen die Kraftstoffpumpe mit hohen Drehzahlen betrieben wird,
bewirkt die Dosieranordnung 55 eine beträchtliche
Einschränkung
der Rate, mit der Kraftstoff zur ersten Pumpenkammer 34 strömen kann,
und der Kraftstoffdruck darin kann unter den Schwellenwert absinken,
bei dem während des
Zurückziehens
des ersten Pumpenkolbens 27 gelöste Luft aus dem Kraftstoff
freigesetzt wird. Wenn der erste Pumpenkolben 27 in seine
vorgeschobene Stellung zurückkehrt,
wird der Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Pumpenkammer 34 in
einem ausreichenden Ausmaß wiederhergestellt,
dass die Luftblasen kollabieren und erneut in den Kraftstoff absorbiert
werden. Der erste Pumpenkolben 27 besitzt zweckmäßigerweise
einen Durchmesser, der geringfügig
größer ist
als derjenige des zweiten Pumpenkolbens 38, um die Änderungen
in der effektiven Dichte des Kraftstoffs auszugleichen, die auftreten, wenn
Luft daraus freigegeben wird. In Fällen, in denen die Kraftstoffpumpe
bei niedrigen Drehzahlen betrieben wird, stellt die Dosieranordnung 55 ein
kleineres Hindernis für
die Kraftstoffströmung
dar, und der Kraftstoffdruck innerhalb der Pumpenkammer 34 sinkt
nicht in einem solchen Ausmaß ab.
Folglich ist das Risiko der Bildung von Luftblasen innerhalb des Kraftstoffs
verringert. Wenn der erste Pumpenkolben 27 einen größeren Durchmesser
besitzt als der zweite Pumpenkolben 38, tritt von der ersten
Pumpenkammer 34 zugeführter, überschüssiger Kraftstoff entweder
zwischen dem ersten Pumpenkolben 27 und dessen Bohrung
oder zwischen dem zweiten Pumpenkolben 38 und dessen Bohrung
aus, oder er dient dazu, den Kraftstoff in der zweiten Pumpenkammer 39 vor
der Bewegung des zweiten Pumpenkolbens 38 in dessen Vorschubrichtung
unter Druck zu setzen.
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In
Fällen,
in denen der Kanal 45 relativ lang ist, kann die Trägheit des
Kraftstoffs ausreichen, um das Füllen
der unter niedrigem Druck stehenden Pumpenkammer in der verfügbaren Zeit
zu verhindern. Um das Befüllen
zu unterstützen,
kann ein Druckspeicher in der Nähe
der Dosieranordnung 55 und der Einlassventilanordnung vorgesehen
werden, um die Kraftstoffströmungsrate
entlang des Kanals 45 zu vergleichmäßigen und um die Druckdifferenz über die
Dosieranordnung 55 hinweg zu erhöhen. Der Druckspeicher umfasst
zweckmäßigerweise
eine Kammer, die durch eine Membran in eine erste und eine zweite
Unterkammer geteilt ist. Die erste Unterkammer ist mit dem Kanal 45 verbunden,
die zweite Unterkammer wird in die Atmosphäre entlüftet. Eine Feder ist vorgesehen,
um die Membran leicht in eine Richtung zu drücken, die dazu neigt, Kraftstoff
in die erste Unterkammer anzusaugen, wenn das Einlassventil geschlossen
ist, wobei das Öffnen
des Einlassventils, wenn Kraftstoff in die unter niedrigem Druck stehende
Pumpenkammer angesaugt wird, es der Membran ermöglicht, sich zu bewegen, um
Kraftstoff aus der ersten Unterkammer herauszudrücken.
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Es
ist ersichtlich, dass es bei der gezeigten Anordnung wichtig ist,
dass das Nockenrad 18 mit einer ungeraden Zahl von gleichmäßig beabstandeten Nocken
derart versehen ist, dass dann, wenn einer der Pumpenkolben seine
vorgeschobene Stellung einnimmt, der andere Pumpenkolben seine zurückgezogene
Stellung einnimmt. Die Nocken sind zweckmäßigerweise derart profiliert,
dass sich der erste Pumpenkolben 27 jederzeit mit der gleichen Geschwindigkeit
wie der zweite Pumpenkolben 38 bewegt. Die Nocken besitzen
zweckmäßigerweise ein
sinusförmiges
Profil, aber es können
Nocken eingesetzt werden, die so gestaltet sind, dass eine im allgemeinen
gleich bleibende Geschwindigkeit der Kolbenbewegung bewirkt wird,
und diese können
das erforderliche maximale Antriebsmoment verringern. Um geringe
Abweichungen der Komponentenabmessungen auszugleichen, können die
Rollen 20 von abgestufter Größe sein, die so gewählt ist,
dass das Spiel verringert wird. Falls gewünscht, kann eine der Rollen-
und Stößelanordnungen
mit Hilfe einer Feder in Richtung auf das Nockenrad 18 vorgespannt sein.
Eine solche Federbelastung kann aufgrund von Herstellungstoleranzen
auftretende geringe Abmessungsänderungen
ausgleichen.
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Die
vorstehend beschriebene Pumpe ist vorteilhaft, da sie eine relativ
kurze axiale Länge
besitzt und so für
einen weiten Bereich von Anwendungen eingesetzt werden kann. Des
weiteren ist, da die erfindungsgemäße Pumpe eine Pumpe zum Zuführen von
Kraftstoff zur Hauptpumpenkammer beinhaltet, das Erfordernis des
Vorsehens einer zusätzlichen Förder- oder
Transferpumpe vermieden. Der Ausstoß der "Transfer-Pumpe" ist den Anforderungen der "Hochdruckpumpe" jederzeit im wesentlichen
angeglichen, was die Effizienz der Pumpe verbessert. Die Pumpe ist
von einer relativ einfachen Konstruktion und ist relativ preiswert.
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Es
ist ersichtlich, dass die Einlassdosieranordnung eine beliebige,
geeignete Gestalt annehmen kann und dass die Erfindung nicht auf
die gezeigte Anordnung beschränkt
ist. Des weiteren ist ersichtlich, dass die Pumpe abgewandelt werden
kann, um einen alternativen Mechanismus zur Bewegung der Kolben
in der Rückzugrichtung
aufzunehmen, beispielsweise eine hydraulische Rückstellanordnung.