EP1247983B1 - Kolbenpumpe für Hydrauliksysteme - Google Patents

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EP1247983B1 EP01108795A EP01108795A EP1247983B1 EP 1247983 B1 EP1247983 B1 EP 1247983B1 EP 01108795 A EP01108795 A EP 01108795A EP 01108795 A EP01108795 A EP 01108795A EP 1247983 B1 EP1247983 B1 EP 1247983B1
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pump
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piston pump
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/16—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00 by adjusting the capacity of dead spaces of working chambers

Definitions

  • the invention relates to a piston pump according to the preamble of claim 1.
  • Such a piston pump is known from FR 2 157 546 A.
  • a variable valve control for reciprocating internal combustion engines is known from EP 1 046 793.
  • the lubricant flow generated by the existing lubricant pump is used to actuate a located at the end of the camshaft between the drive wheel and camshaft adjustment, which in turn causes a phase shift of the camshaft.
  • the said adjusting devices are usually supplied by bores in the camshaft, wherein the control of the lubricant flow is generally carried out by solenoid valves.
  • This known device has the disadvantage that at low speeds of the reciprocating internal combustion engine, the lubricant quantity is indeed sufficient, but the lubricant pressure is usually too low to operate the adjustment or the operation is too slow.
  • This known disadvantage has been compensated by the fact that a lubricant pump with increased delivery capacity is installed. However, this leads to very high power consumption of the pump at higher speeds of the reciprocating internal combustion engine, which is undesirable because it reduces the efficiency.
  • two-stage or variable pumps are used which provide sufficient lubricant pressure at low speeds but not so high power consumption at high speeds. However, these pumps are very expensive.
  • Another pump is known from EP 0 976 926. It serves to a liquid medium z. B. to promote fuel and / or to increase the pressure.
  • a cam directly or by means of push rod drives a piston which can move up and down in a cylindrical bore.
  • the fluid flows through the outlet channel, while at the same time passes through a check valve liquid on the second side of the piston.
  • the cylinder head of a reciprocating internal combustion engine includes at least one camshaft provided with a known camshaft adjusting device.
  • the cylinder head contains a housing in which housed the items of the booster pump are.
  • This housing can be an integral part of the cylinder head or mounted as a separate part suitable.
  • a transfer piston which is driven in a known manner directly or by means of plunger of an existing cam of the engine valve control or advantageously by an additional located on the camshaft cam.
  • the transfer piston is designed as a hollow part with a transverse to the cam end fluid drain and pressure equalization hole. The transfer piston is closed on the cam side and bears against the camshaft, while the opposite end is open.
  • the open end of the transfer piston is closed by the pressure control piston, which in turn is pressed by the pressure control piston spring against an inserted into a groove in the transfer piston circlip.
  • Other components of the pump are also a compression spring, the transfer piston in a known manner non-positively on the cam and one to two check valves.
  • the non-return valve held in an advantageous embodiment of the compression spring opens during the suction stroke to the inlet channel integrated into the housing while the laterally attached second check valve releases liquid into the pressure channel upon reaching the desired delivery pressure.
  • FIG. 1 shows a vertical section of a piston pump 1 according to the invention. It can be seen that the piston pump 1 is mounted in a housing 3, which in turn is connected to the cylinder head 2 of a reciprocating internal combustion engine. Also shown is a camshaft 4, which is mounted in the cylinder head 3 in a known manner.
  • the housing 3 includes a fluid inlet channel 5, which is lubricated in a known manner during operation of a reciprocating internal combustion engine, a fluid drain channel or delivery channel 6 and a bore 7, which receives the components of the booster pump or a sleeve 17 (including the booster pump, shown here) ,
  • a transfer piston 8 is mounted displaceably, wherein in the transfer piston 8 a likewise displaceably mounted pressure control piston 9 and a pressure control spring 10, both held by a locking ring 11, are arranged.
  • the transfer piston 8 in turn, is pressed by a second pressure spring 13 against the cam of the camshaft 4 via a disk 12, so that a permanent frictional contact between transfer piston and cam is ensured.
  • the spring strength of the compression spring should be as low as possible in order to keep the required drive power for the pump low.
  • the compression spring 13 additionally holds a check valve 14 in position.
  • the transfer piston 8 (containing the pressure control spring 10 and the Pressure control piston 9 secured by the locking ring 11), the disc 12, the compression spring 13 and the inlet check valve 14 mounted in a sleeve 17 and secured by a second locking ring 18, wherein the sleeve 17 is opened on the camshaft side for receiving the transfer piston 8 and on the lubricant inlet side has a sufficiently large bore for filling the pump through the inlet check valve 14.
  • the existing lubricant pump delivers lubricant into the inlet channel 5 of the booster pump.
  • the check valve 14 Through the check valve 14, the lubricant passes into the displacement chamber 16 formed by the space between the transfer piston 8, bore 7, the inlet check valve 14 and the outlet check valve 15. Now rotates the camshaft 4 from the position shown in Fig. 1 by 90 ° in the by the arrow marked direction of rotation of the transfer piston 8 in the bore 7 and the sleeve 17 is pressed in the direction of the inlet channel 5.
  • the inlet check valve 14 closes the inlet check valve 14.
  • the outlet pressure should not exceed a certain desired value. This value is determined by the stiffness of the pressure control spring and the area of the pressure control piston. Now, if the desired output pressure is reached during the cam lift, the pressure control spring is compressed and a further pressure increase does not take place.
  • the pump promotes approximately no fluid.
  • the pressure control piston remains in one position and the camshaft performs work only against the pressure control spring.
  • an additional overpressure valve may be provided either in the inlet channel 5 or in the delivery channel 6.
  • the invention thus shows a device for increasing the pressure in fluids, which can be introduced at low cost of materials and extremely low installation costs in almost all common housing of the above type, there to increase the pressure supply of the camshaft adjusting device as needed.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenpumpe gemäß dem Oberbegrift des Anspruchs 1.
  • Eine solche kolbenpumpe ist aus der FR 2 157 546 A bekannt.
  • Eine variable Ventilsteuerung für Hubkolbenbrennkraftmaschinen ist bekannt aus der EP 1 046 793. Dabei wird der von der vorhandenen Schmierstoffpumpe erzeugte Schmierstoffstrom dazu benutzt, eine sich am Ende der Nockenwelle zwischen Treibrad und Nockenwelle befindlichen Verstelleinrichtung zu betätigen, die wiederum eine Phasenverschiebung der Nockenwelle bewirkt. Versorgt werden die genannten Verstelleinrichtungen in der Regel durch Bohrungen in der Nockenwelle, wobei die Steuerung des Schmierstoffstromes im allgemeinen durch Magnetventile erfolgt.
  • Diese bekannte Einrichtung weist den Nachteil auf, daß bei niedrigen Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine die Schmierstoffmenge zwar ausreicht, der Schmierstoffdruck in der Regel aber zu gering ist, um die Verstelleinrichtungen zu betätigen oder aber die Betätigung erfolgt zu langsam. Dieser bekannte Nachteil wird bisher dadurch kompensiert, daß eine Schmierstoffpumpe mit erhöhter Förderkapazität eingebaut wird. Dies führt jedoch zu sehr hoher Leistungsaufnahme der Pumpe bei höheren Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine, die jedoch unerwünscht ist, da sie den Wirkungsgrad herabsetzt. Alternativ werden Zweistufen oder variable Pumpen eingesetzt, die einen ausreichenden Schmierstoffdruck bei niedrigen Drehzahlen sicherstellen, jedoch eine nicht so hohe Leistungsaufnahme bei hohen Drehzahlen aufweisen. Allerdings sind diese Pumpen sehr kostenintensiv.
  • Eine weitere Pumpe ist aus der EP 0 976 926 bekannt. Sie dient dazu ein flüssiges Medium z. B. Kraftstoff zu fördern und/oder den Druck zu erhöhen. Dazu treibt ein Nocken direkt oder mittels Stößelstange einen Kolben an, der sich in einer zylindrischen Bohrung auf und ab bewegen kann. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens strömt das Fluid durch den Ausgangskanal aus, während gleichzeitig durch ein Rückschlagventil Flüssigkeit auf die zweite Seite des Kolbens gelangt. Die Abwärtsbewegung des Kolbens läßt die Flüssigkeit, während das erstgenannte Rückschlagventil schließt, durch ein zweites Rückschlagventil in den Zylinder strömen.
  • Nachteilig ist bei der beschriebenen Pumpenart, daß oft sehr hohe Flüssigkeitsdrücke erreicht werden, die in der oben genannten Anwendung ebenfalls hinderlich sind.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Druckerhöhungspumpe derart zu verbessern, daß sie einen annähernd gleichbleibenden Flüssigkeitsdruck für die Versorgung der Nockenwellenverstelleinrichtungen gewährleistet und dabei gleichzeitig die Nachteile der bekannten Lösungen, hohe Kosten bzw. hohe Leistungsaufnahme und hohe Montageaufwand, vermeidet, bei geringem Platzbedarf.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Druckerhöhungspumpe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist in dem Unteranspruch enthalten.
  • Der Zylinderkopf einer Hubkolbenbrennkraftmaschine enthält mindestens eine Nockenwelle, die mit einer bekannten Nockenwellenverstelleinrichtung versehen ist. In der hier gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung enthält der Zylinderkopf ein Gehäuse in welchem die Einzelteile der Druckerhöhungspumpe untergebracht sind. Dieses Gehäuse kann integraler Bestandteil des Zylinderkopfes sein oder als separates Teil geeignet montiert werden. Im Gehäuse befindet sich ein Transferkolben der in bekannter Weise direkt oder mittels Stößel von einem bereits vorhandenen Nocken der Motorventilsteuerung oder vorteilhaft von einem zusätzlichen auf der Nockenwelle befindlichen Nocken angetrieben wird. In einer vorteilhaften Ausführung ist der Transferkolben als Hohlteil ausgeführt mit einer am nockenseitigen Ende querliegenden Fluidablauf- und Druckausgleichsbohrung. Der Transferkolben ist nockenseitig geschlossen und liegt an der Nockenwelle an, während das entgegengesetzte Ende offen ist. Das offene Ende des Transferkolbens wird verschlossen durch den Druckkontrollkolben der seinerseits von der Druckkontrollkolbenfeder gegen einen in eine Nut im Transferkolben eingelassenen Sicherungsring gepreßt wird. Weitere Bestandteile der Pumpe sind außerdem eine Druckfeder, die in bekannter Weise den Transferkolben kraftschlüssig auf der Nocke führt sowie ein bis zwei Rückschlagventile. Dabei öffnet das in einer vorteilhaften Ausgestaltung von der Druckfeder gehaltene Rückschlagventil während des Saughubes zum in das Gehäuse integrierten Einlaßkanal während das hier seitlich angebrachte zweite Rückschlagventil bei Erreichen des gewünschten Förderdruckes Flüssigkeit in den Druckkanal entläßt.
  • Erfindungsgemäß werden alle zur Druckerhöhungspumpe gehörenden Teile in einem Einsatz vormontiert, so daß eine einfache Montage der Pumpe möglich ist.
  • Die Erfindung wird anhand des in der beiliegenden Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
    • Fig. 1
    einen schematischen Vertikalschnitt durch einen Zylinderkopf eines Kraftfahrzeuges mit der erfindungsgemäßen Druckerhöhungspumpe;
  • In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Kolbenpumpe 1 im Vertikalschnitt dargestellt. Zu erkennen ist, daß die Kolbenpumpe 1 in ein Gehäuse 3 montiert ist, welches wiederum mit dem Zylinderkopf 2 einer Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist. Außerdem gezeigt ist eine Nockenwelle 4, die im Zylinderkopf 3 in bekannter Weise gelagert ist.
  • Das Gehäuse 3 enthält einen Fluidzulaufkanal 5, der in bekannter Weise während des Betriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit Schmiermittel beaufschlagt wird, einen Fluidablaufkanal oder Förderkanal 6 sowie eine Bohrung 7, die die Einzelteile der Druckerhöhungspumpe oder eine Hülse 17 (enthaltend die Druckerhöhungspumpe, hier gezeigt) aufnimmt.
  • In der Bohrung 7 bzw. wie hier gezeigt in der Hülse 17 ist ein Transferkolben 8 verschiebebeweglich gelagert, wobei in dem Transferkolben 8 ein ebenfalls verschiebebeweglich gelagerten Druckkontrollkolben 9 und eine Druckkontrollfeder 10, beide gehalten von einem Sicherungsring 11, angeordnet sind. Die Druckkontrollfeder 10, hier gezeigt, kann aber auch jede andere Art von Kraftspeicher sein, der die Funktion erfüllt.
  • Der Transferkolben 8 wiederum wird über eine Scheibe 12 von einer zweiten Druckfeder 13 an die Nocke der Nockenwelle 4 gepreßt, so daß ein ständiger kraftschlüssiger Kontakt zwischen Transferkolben und Nocke gewährleistet ist. Andererseits sollte die Federstärke der Druckfeder möglichst gering gewählt werden, um die erforderliche Antriebsleistung für die Pumpe gering zu halten. In der hier gezeigten Version hält die Druckfeder 13 zusätzlich ein Rückschlagventil 14 in Position. Zusätzlich befindet sich im Gehäuse ein zweites Rückschlagventil 15. Das Rückschlagventil 14 dient dazu das Schmiermittel in einen Verdrängungsraum 16 einzulassen, während das Rückschlagventil 15 als Auslaßventil vorgesehen ist.
  • In der hier gezeigten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung befinden sich der Transferkolben 8 (enthaltend die Druckkontrollfeder 10 und den Druckkontrollkolben 9 gesichert vom Sicherungsring 11), die Scheibe 12, die Druckfeder 13 und das Einlaßrückschlagventil 14 montiert in einer Hülse 17 und gesichert durch einen zweiten Sicherungsring 18, wobei die Hülse 17 auf der Nockenwellenseite zur Aufnahme des Transferkolbens 8 geöffnet ist und auf der Schmiermitteleinlaßseite eine ausreichend große Bohrung zur Befüllung der Pumpe durch das Einlaßrückschlagventil 14 besitzt.
  • Während des Betriebes einer Hubkolbenbrennkraftmaschine fördert die vorhandene Schmiermittelpumpe Schmiermittel in den Einlaßkanal 5 der Druckerhöhungspumpe. Durch das Rückschlagventil 14 gelangt das Schmiermittel in den Verdrängungsraum 16 gebildet durch den Raum zwischen dem Transferkolben 8, Bohrung 7, dem Einlaßrückschlagventventil 14 und dem Auslaßrückschlagventil 15. Dreht sich nun die Nockenwelle 4 aus der in Fig. 1 gezeigten Position um 90° in die durch Pfeil markierte Drehrichtung wird der Transferkolben 8 in der Bohrung 7 bzw. der Hülse 17 in Richtung Einlaßkanal 5 gedrückt. Gleichzeitig schließt das Einlaßrückschlagventil 14. Durch die Bewegung der Kolben wird das Fluid verdrängt und auf Grund dessen durch den Auslaßkanal 6 und das Auslaßrückschlagventil 15 zu dem oder den Verbrauchern (Nockenwellenverstelleinrichtung) befördert.
  • Der Ausgangsdruck soll einen bestimmten gewünschten Wert nicht überschreiten. Dieser Wert wird durch die Steifigkeit der Druckkontrollfeder und der Fläche des Druckkontrollkolbens bestimmt. Wird nun der gewünschte Ausgangsdruck während des Nockenhubes erreicht, so wird die Druckkontrollfeder komprimiert und eine weitere Druckerhöhung findet nicht statt.
  • Für den Fall, daß der Eingangsdruck bereits auf dem Niveau des gewünschten Ausgangsdruckes liegt oder kein Fluidbedarf durch den oder die Verbraucher besteht, fördert die Pumpe näherungsweise kein Fluid. Der Druckkontrollkolben verharrt in einer Position und die Nockenwelle verrichtet Arbeit nur gegen die Druckkontrollfeder.
  • Sollte der Förderdruck des Schmierstoffes durch die serienmäßige Förderpumpe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine den gewünschten Druck für die Nockenwellenverstelleinrichtung überschreiten, ist eventuell noch ein zusätzliches Überdruckventil (hier nicht gezeigt) entweder im Zulaufkanal 5 oder im Förderkanal 6 vorzusehen.
  • Dreht sich die Nockenwelle weiter auf die 180° Position bewegen sich der Transferkolben 8 und der Druckkontrollkolben 9 kraftschlüssig geführt durch die Druckfeder 13 in Richtung Nockenwelle 4 und vergrößern den Verdrängungsraum 16. Dadurch entsteht ein Saugdruck, das Ventil 14 öffnet und das Ventil 15 schließt.
  • Bewegt sich die Nockenwelle weiter auf 360° beginnt der nächste Pumpzyklus.
  • Die Erfindung zeigt somit eine Einrichtung zur Druckerhöhung in Fluiden, die bei geringem Materialaufwand und äußerst geringem Montageaufwand in fast alle gängige Gehäuse der oben genannten Art einbringbar ist, um dort die Druckversorgung der Nockenwellenverstelleinrichtung bedarfsgerecht zu erhöhen.

Claims (7)

  1. Kolbenpumpe (1) für Flüssigkeiten, vor allem für Schmiermittel in Hubkolbenbrennkraftmaschinen, mit einem Transferkolben (8), einem Einlassrückschlagventil (14), einem Auslassrückschlagventil (15) und einem Druckkontrollkolben (9), der in dem Transferkolben (8) verschiebbar angeordnet ist und von einer Druckkontrollfeder (10) gehalten wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    eine Hülse (17) vorgesehen ist, in der der Transferkolben (8) verschieblich gelagert ist.
  2. Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein Sicherungsring (11) vorgesehen ist, der den Druckkontrollkolben (9) und die Druckkontrollfeder (10) in dem Transferkolben (9) hält.
  3. Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    auf der dem Einlassrückschlagventil (14) zugewandten Seite des Transferkolbens (8) eine Druckfeder (13) vorgesehen ist, die den Transferkolben (8) über eine Scheibe (12) belastet.
  4. Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Scheibe (12), die Druckfeder (13) und das Einlassrückschlagventil (14) in der Hülse (17) angeordnet sind.
  5. Kolbenpumpe (1) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    ein zweiter Sicherungsring (18) vorgesehen ist, der den Transferkolben (8) mitsamt Druckkontrollkolben (9) und Druckkontrollfeder (10), die Scheibe (12), die Druckfeder (13) und das Einlassrückschlagventil (14) sichert.
  6. Kolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hülse (17) auf der dem Einlassrückschlagventil (14) zugewandten Seite eine Bohrung zur Befüllung der Kolbenpumpe (1) durch das Einlassrückschlagventil (14) aufweist.
  7. Kolbenpumpe (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Hülse (17) auf der dem Einlassrückschlagventil (14) abgewandten Seite zur Aufnahme des Transferkolbens (8) geöffnet ist.
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