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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Common-Rail-Kraftstoffpumpe,
die insbesondere zu Verwendung in einem Kraftstoffeinspritzsystem
einer Kompressionszündungs-Brennkraftmaschine
geeignet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Common-Rail-Kraftstoffversorgungssystem
zur Versorgung mehrerer Injektoren der Maschine mit Kraftstoff.
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Bei
bekannten Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen für Dieselmaschinen
ist üblich,
eine einzige Hochdruckpumpe zur Versorgung mehrerer zugehöriger Injektoren
mit Kraftstoff auf einem einspritzbaren Druckniveau vorzusehen.
Die Hochdruckkraftstoffpumpe versorgt ein Druckspeichervolumen oder
ein Common-Rail mit unter Druck stehendem Kraftstoff, das dazu angeordnet
ist, alle Injektoren des Systems mit Kraftstoff zu versorgen. Typischerweise
ist jeder Injektor mit einem elektronisch gesteuerten Düsensteuerventil
versehen, um die Bewegung einer Kraftstoffinjektorventilnadel zu
steuern und damit das Timing zur Abgabe von Kraftstoff von dem Injektor
zu steuern. Die Hochdruckpumpe ist üblicherweise wie eine Radialpumpe
ausgelegt und erfordert einen „Dreh"-Antrieb. Radiale
Kraftstoffpumpen nehmen auch einen relativ großen Raum zum Unterbringen ein.
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Ein
alternativer Typ einer Common-Rail-Kraftstoffpumpe ist in der
EP 0481964 beispielhaft
dargestellt, die eine Reihe von Pumpkolben "in einer Linie" innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses anordnet.
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Es
sind andere Typen von Dieselkraftstoffeinspritzsystemen bekannt,
bei denen mehrere Pumpeneinheiten vorgesehen sind, von denen jede
Kraft stoff mit Hochdruck zu einer getrennten Hochdruckkraftstoffleitung
und von dort zu einem dedizierten Injektor liefert. Jede Pumpeneinheit
umfasst typischerweise einen Stößel, der
mittels einer Nocke angetrieben wird, um einen Antrieb auf einen
Kolben auszuüben,
wodurch bewirkt wird, dass sich der Kolben hin- und herbewegt und
dadurch Kraftstoff in einer Pumpenkammer der Einheit unter Druck
gesetzt wird. Bei solchen Systemen ist es notwendig, jeden Maschinenzylinder
mit einem Satz von getrennten Pumpenkomponenten zu versehen, wobei
der Satz aus einer Nocke, einem Stößel, einer Pumpeneinheit, einer Hochdruckleitung
und einem Injektor besteht und die Nocken für jeden Satz von Pumpenkomponenten
an einer gemeinsamen Antriebswelle ausgebildet sind.
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Eine
Pumpeneinheit dieses Typs ist in der europäischen Patentschrift
EP-B-0957261 des Anmelders beispielhaft
dargestellt.
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Die
Pumpeneinheiten sind „in
einer Linie" entlang
der Achse der Nockenwelle angeordnet, wobei ein Antriebsende jeder
Pumpeneinheit mit einem Buckel ihrer zugehörigen Nocke zusammenwirkt und das
Einspritzdüsenende
jeder Pumpeneinheit angeordnet ist, um Kraftstoff zu dem zugehörigen Maschinenzylinder
zu liefern. Typischerweise weist die Nockenwelle drei Buckel auf,
die jedem Maschinenzylinder zugeordnet sind; einen zum Antreiben
des zugeordneten Pumpkolbens und die anderen zwei zum Steuern des
Maschinenventil-Timings.
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Man
hat erkannt, dass Pumpeneinheiteinspritzsysteme des obengenannten
Typs ihre Nachteile aufweisen. Beispielsweise funktioniert jede
Pumpeneinheit typischerweise, indem ein im wesentlichen festgelegtes
Kraftstoffvolumen während
eines Pumpzyklus unter Druck gesetzt wird und dann unter Druck gesetzter
Kraftstoff, der nicht für
ein Einspritzereignis erforderlich ist, auf eine Niederdruck vergossen
wird. Dies bringt eine Sy stemineffizienz ein. Außerdem weist das System eine
hohe Anzahl von Teilen auf und ist deshalb relativ kostspielig,
insbesondere da es erfordert, dass für jeden Kraftstoffinjektor
eine Pumpeneinheit bereitgestellt wird.
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Ein
weiterer Typ eines Kraftstoffeinspritzsystems ist durch die
US 6530363 beschrieben,
bei der eine oder mehrere nockengetriebene Pumpeneinheiten angeordnet
sind, um ein Common-Rail mit Fluid, insbesondere Kraftstoff oder Öl zu versorgen.
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Trotz
der Nachteile von Pumpeneinheiteneinspritzsystemen sind die Bearbeitungs-
und Fertigungsstraßenanlagen
zur Herstellung von Maschineninstallationen dieses Typs etabliert,
und Maschineninstallationen, die zum Unterbringen dieses Systemtyps
ausgelegt sind, finden breite Verwendung.
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Das
von der vorliegenden Erfindung angesprochene Problem liegt darin,
eine Common-Rail-Kraftstoffpumpe vorzusehen, welche die oben erwähnten Nachteile
vermeidet oder umgeht, während
die Produktionsstraßenanlagen
und Maschineninstallationen weiter verwendet werden können, die
bereits bestehen.
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Nach
einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist ein Common-Rail-Kraftstoffversorgungssystem
vorgesehen, das eine Pumpeneinheit umfasst, die zur Versorgung eines
Common-Rail-Kraftstoffvolumens einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff
angeordnet ist. Die Pumpeneinheit umfasst einen Pumpkolben, der
unter dem Einfluss einer Nockenantriebsanordnung in einer in einem
Pumpengehäuse
bereitgestellten Kolbenbohrung hin- und herbeweglich ist, um ein
Unterdrucksetzen von Kraftstoff in einer Pumpenkammer zu bewirken,
wobei die Nockenantriebsanordnung ein mit dem Kolben gekoppeltes
nockengetriebenes An triebselement umfasst, um bei einer Verwendung
einen Antrieb darauf auszuüben,
sodass der Kolben einen Pumpzyklus ausführt, der einen Pumphub und
einen Rückkehrhub
umfasst. Die Pumpeneinheit umfasst ferner ein Einlassdosierventil,
das dazu dient, eine Steuerung der Kraftstoffmenge zu ermöglichen,
mit der die Pumpenkammer während
des Rückkehrhubs des
Kolbens versorgt wird, einen mit einem Pumpenauslass in Verbindung
stehenden Auslassdurchgang, welcher mit dem Einlassdosierventil
und dem Kolben im Wesentlichen koaxial ausgerichtet ist, und ein Auslassventil
zur Steuerung der Versorgung des Common-Rail-Kraftstoffvolumens mit einem unter Druck
stehenden Kraftstoff von der Pumpenkammer durch den Auslassdurchgang
während
des Pumphubs bei Umständen,
in welchen das Einlassdosierventil geschlossen ist. Das Einlassdosierventil
dient dazu, i) sich während
des Rückkehrhubs
zu öffnen, um
eine Versorgung der Pumpenkammer mit einem Kraftstoff von einer
Niederdruckquelle zu ermöglichen,
und ii) sich nach einem Teil des Rückkehrhubs zu schließen, um
die Kraftstoffmenge zu dosieren, mit der die Pumpenkammer während des
Rückkehrhubs
versorgt wird.
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Es
sei bemerkt, dass der Verweis auf den Kolben-„Pumphub” als der Hub des Kolbens zwischen
unterem und oberem Totpunkt und nicht nur als die Periode des Pumpzyklus
definiert ist, bei welcher die Kraftstoffdruckbeaufschlagung stattfindet.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine zweckdienliche, kleine und relativ
leichte Pumpeneinheit, insbesondere weil das Einlassdosierventil selbst
ein ,integraler' Bestandteil
der Pumpe ist und in axialer Ausrichtung mit dem Kolben und dem
Pumpenauslass angeordnet ist.
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Durch
das Vorsehen des Einlassdosierventils ist eine Anlage zum Einlassdosieren
der unter Druck zu setzenden Kraftstoffmenge vorgesehen, und deshalb
muss kein getrenntes Einlassdosierventil für die Pumpenanordnung vorgesehen
sein, wie dies typischerweise der Fall wäre. Ein weiterer Vorteil des
Systems liegt darin, dass es mit bestehenden Maschineninstallationen
und einer Produktionsstraßentechnologie
vereinbar ist, die für
Pumpeneinheiteinspritzsysteme ausgelegt sind, weshalb es Kostenvorteile
bietet. Das Kraftstoffsystem findet spezielle Anwendung in relativ
kleinen industriellen und landwirtschaftlichen Maschinen, obwohl
es auch in größeren Maschinen
verwendet werden kann.
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Man
wird verstehen, dass die Kraftstoffpumpe Kraftstoff zur Versorgung
der Injektoren des Kraftstoffeinspritzsystems, mit denen sie verwendet
wird, unter Druck setzt, aber dies über das Common-Rail-Kraftstoffvolumen
erledigt. Der Pumpenauslass kann in direkter Verbindung mit dem
Common-Rail-Kraftstoffvolumen stehen, oder gegebenenfalls kann der
Pumpenauslass über
eine zusätzliche
Rohrleitung mit dem Common-Rail-Kraftstoffvolumen
in Verbindung stehen.
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Die
Antriebsanordnung umfasst typischerweise eine Nocke zum Antreiben
des Antriebselements und des Kolbens. Wenn die Kraftstoffpumpe zur
Verwendung in kleineren Maschinen gedacht ist (z. B. ein, zwei oder
drei Zylinder), kann eine einzige erfindungsgemäße Pumpeneinheit ausreichen,
wobei bei Bedarf mehrere Buckel auf einer Nocke vorgesehen sind.
Für größere Maschinenanwendungen (z.
B. vier, fünf
oder sechs Zylinder) kann es nötig sein,
mehrere solche Pumpeneinheiten vorzusehen.
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Bevorzugt
umfasst das Einlassdosierventil der Pumpe ein langgestrecktes und
bevorzugt allgemein zylindrisches Einlassventilelement, das mit
dem Kolben koaxial ausgerichtet ist.
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Das
Auslassventil ist bevorzugt in dem Auslassdurchgang angeordnet,
und das Einlassdosierventil ist bevorzugt in einem Ventilgehäuse untergebracht,
das in einer Ausnehmung oder Öffnung
aufgenommen ist, die in einem Endbereich des Pumpengehäuses vorgesehen
ist, sodass sich jeweilige in dem Ventilgehäuse und dem Pumpengehäuse bereitgestellte
Bohrungen ausrichten, um den Auslassdurchgang zumindest teilweise
zu definieren.
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Bevorzugt
ist das Auslassventil der Pumpe ein hydraulisch betätigbares
Rückschlagventil,
das in dem Auslassdurchgang gelegen ist.
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Die
Pumpeneinheit nach der vorliegenden Erfindung ist besonders vielseitig
und weist mehrere optionale Betriebsmodi auf.
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Bei
einer Ausführungsform
dient das Einlassdosierventil beispielsweise ferner dazu, sich vor einer
Endperiode des Pumphubs zu öffnen.
Als ein Ergebnis dessen ist die Druckbelastung auf dem Nockenbuckel
reduziert, wodurch Hertz-Belastungen an der Nocke der Antriebsanordnung
abgemildert sind.
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Die
Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter Bezug auf die folgende
Zeichnung beschrieben, in welcher:
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1 eine
Schnittansicht einer Kraftstoffpumpeneinheit zur Verwendung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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Unter
Bezug auf 1 umfasst eine Common-Rail-Kraftstoffpumpenanordnung
oder eine Kraftstoffpumpeneinheit, die allgemein mit 8 bezeichnet
ist, einen Pumpkolben 10, der bei einer Verwendung angetrieben wird,
um Kraftstoff in einer Pumpenkammer 12 unter Druck zu setzen,
die am Ende einer Kolbenbohrung 14 definiert ist, die in
einem Haupt- oder Pumpeneinheitsgehäuse 16 vorgesehen ist.
Das Pumpeneinheitsgehäuse 16 umfasst
einen oberen Bereich 16a mit einem erweiterten Durchmesser
im Vergleich zu einem unteren Bereich 16b mit reduziertem
Durchmesser. Der Kolben 10 ist in der Bohrung 14 unter
dem Einfluss einer Nockenantriebsanordnung beweglich, die eine motorgetriebene
(nicht gezeigte) Nocke umfasst, die an einer motorgetriebenen Welle
angebracht oder ein Teil davon ist und mit einer Anordnung aus Rolle
und Stößel 18 bzw. 20 zusammenwirkt.
Die Kolbenbohrung 14 ist mit einer Nut 15 versehen,
um ihren Durchmesser nach einem Teil entlang ihrer axialen Länge zu erweitern.
Die Nut 15 steht mit einem Abflussdurchgang 17 in
Verbindung, um zuzulassen, dass Leckagekraftstoff von der Pumpenkammer 12 durch
die Kolbenbohrung 14 an Niederdruck entweicht.
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Eine
Rolle 18 der Antriebsanordnung wirkt bei einer Verwendung
mit der Oberfläche
der sich drehenden Nocke zusammen. Ein unteres Ende des Kolbens 10 (in
der gezeigten Orientierung) steht aus der Kolbenbohrung 14 vor
und ist an seinem Ende über
einen Federteller 22 mit dem Stößel 20 gekoppelt.
Der Teller 22 definiert eine Anlagefläche für ein Ende einer Kolbenrückholfeder 24,
deren anderes Ende mit einer Stufe in der Außenfläche des Pumpengehäuses 16 zwischen
den Bereichen mit erweitertem und reduziertem Durchmesser 16a bzw. 16b in
Eingriff steht. An seinem unteren Ende erstreckt sich der Kolben 10 durch
die Rückholfeder 24 und
ist koaxial dazu. Die Rückholfeder 24 wirkt,
um eine Rückholfederkraft
auf den Kolben 10 zu liefern, um einen Kolbenrückkehrhub
zu bewirken, wie dies unten im Einzelnen beschrieben wird, und liegt
in einer Rückholfederkammer 25.
Die Rückholfederkammer 25 ist
auf Niederdruck entlüftet.
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Wenn
die Rolle 18 über
die Nockenoberfläche
läuft,
wirkt sie mit dem Stößel 20 zusammen,
um eine Antriebskraft auf den Stößel 20 und
demnach auf den Kolben 10 auszuüben. Die Stößelbewegung wird mittels einer
Führungsbohrung 26 geführt, die
in einem äußeren Pumpengehäuse oder
einer Hülse 28 vorgesehen
ist, welche an ihrem oberen Ende an dem Pumpeneinheitsgehäuse 16 befestigt
ist. Bei einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform kann
die Hülse
weggelassen sein, und die Führungsbohrung 26 kann
stattdessen direkt in dem Motorblock des zugehörigen Motors vorgesehen sein.
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Die
Pumpenkammer 12 steht mit einem Ende einer ersten Bohrung
in Verbindung, die in dem oberen Bereich 16a des Pumpeneinheitsgehäuses 16 bereitgestellt
ist. Die erste Bohrung definiert einen Teil eines Auslassdurchgangs 30 oder
eines Abgabedurchgangs der Pumpeneinheit 8, durch welchen
ein stromabwärts
gelegenes Comon-Rail-Kraftstoffvolumen des Kraftstoffsystems mit
Hochdruckkraftstoff versorgt wird. Das Common-Rail ist in 1 nicht
gezeigt, aber man wird verstehen, dass es die Form jedes Druckspeichervolumens
zur Aufnahme von Hochdruckkraftstoff und zur Versorgung mehrere
Injektoren des Kraftstoffsystems mit Kraftstoff annehmen kann. Das
Common-Rail kann beispielsweise vom linearen Verteilertyp sein,
bei welchem das Druckspeichervolumen die Form eines langgestreckten
Rohrs annimmt, oder es kann vom radialen Typ sein, bei welchem das
Druckspeichervolumen eine zentrale Nabe aufweist, die Kraftstoff
zu mehreren Versorgungsdurchgängen
liefert, die jeweils zur Versorgung eines anderen Injektors vorgesehen
sind.
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Der
Auslassdurchgang 30 der Pumpenanordnung 8 ist
auch durch Bohrungen definiert, die in einem Ventilgehäuse 32 bzw.
einem Einsatz 34 und einem Pumpenauslassgehäuse 36 vorgesehen
sind. Das Pumpenauslassgehäuse 36 ist
mit einem Pumpenauslass 38 in Verbindung mit dem Common-Rail versehen.
Der Pumpenauslass 38 kann mit dem Verteiler direkt oder
gegebenenfalls über
eine zusätzliche
Rohrleitung in Verbindung stehen, aber mit keinen weiteren Mitteln
zum Pumpen von Kraftstoff zwischen dem Pumpenauslass 38 und
dem Verteiler.
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Das
Pumpenauslassgehäuse 36 hat
einen allgemein U-förmigen
Querschnitt, der eine sich nach unten erstreckende ringförmige Wand
und eine innere Endfläche 43 definiert.
Die ringförmige
Wand des Auslassgehäuses 36 erstreckt
sich in eine Ausnehmung 40, die am oberen Ende 16a des
Pumpeneinheitsgehäuses 16 vorgesehen
ist. Die Ausnehmung 40 und die Innenfläche der ringförmigen Wand
definieren zusammen eine innere Kammer oder einen Gehäuseraum 42,
in welchem das Ventilgehäuse 42 und
der Einsatz 34 aufgenommen sind, sodass das Ventilgehäuse 32 an
dem Pumpeneinheitsgehäuse 16 an
seinem obersten Ende anliegt, und der Einsatz 34 trennt
das Ventilgehäuse 32 von
der inneren Endfläche 43.
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Das
Ventilgehäuse 32 ist
Teil einer Einlassdosierventilanordnung, wobei das Gehäuse 32 mit
einer Ventilbohrung 44 versehen ist, in welcher ein langgestrecktes
und allgemein zylindrisches Einlassventilelement 46 unter
dem Einfluss einer elektromagnetischen Stellgliedanordnung beweglich
ist. Die elektromagnetische Stellgliedanordnung umfasst eine Wicklung 48 und
einen Anker 50, der mit dem Ventilelement 46 gekoppelt
ist. Der Anker 50 ist mit einer Durchgangsbohrung 51 versehen,
durch welche sich ein Teil des Ventilgehäuses 32 erstreckt.
Der Teil des Ventilgehäuses 32,
der sich durch die Bohrung 51 erstreckt, definiert einen
Abschnitt des Auslassdurchgangs 30 für Hochdruckkraftstoff. Das
Ventilgehäuse 32 ist
derart relativ zu dem Pumpeneinheitsgehäuse 16 angebracht,
dass das Einlassventilelement 46 allgemein axial mit dem
Kolben 10 ausgerichtet ist. Ein besonderes Merkmal der
Erfindung besteht darin, dass der Pumpenauslass 38 entlang
einer gemeinsamen Achse sowohl mit dem Einlass ventilelement 46 als
auch mit dem Kolben 10 ausgerichtet ist, sodass alle drei
Komponenten allgemein koaxial ausgerichtet sind.
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Das
Einlassventil nimmt die Form eines einsitzigen Ventils mit zwei
Stellungen an, das betätigbar
ist, um die Verbindung zwischen dem Auslass von der Pumpenkammer 12 (über den
Auslassdurchgang 30) und einem Niederdruckdurchgang 52 zu steuern,
der in dem Ventilgehäuse 32 definiert
ist. Der Durchgang 52 steht mit dem Gehäuseraum 42 in Verbindung,
der an Niederdruck entlüftet.
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Ob
der Auslassdurchgang 30 mit dem Niederdruckdurchgang 52 in
Verbindung steht oder nicht, wird durch die Stellung des Ventilelements 46 bestimmt,
das zwischen einem ersten geöffneten
Zustand, in welchem es von einem (nicht identifizierten) Ventilsitz
beabstandet ist, und einem zweiten geschlossenen Zustand beweglich
ist, in welchem es auf dem Ventilsitz sitzt. Das Einlassventilelement 46 wird
mittels einer Ventilfeder 54 in seinen geöffneten Zustand
vorgespannt. Um das Ventilelement 46 zu schließen, wird
die Wicklung 48 erregt, um den Anker 50 anzuziehen
(d. h. Bewegung des Ankers in einer Richtung nach unten in der gezeigten
Veranschaulichung), wodurch bewirkt wird, dass sich das Ventilelement 46 gegen
die Federkraft in einen Eingriff mit dem Ventilsitz bewegt. Wenn
die Wicklung 48 aberregt ist, dient die Ventilfeder 54 dazu,
das Ventilelement 46 von dem Ventilsitz wegzudrängen, und
demnach ist das Ventilelement 46 geöffnet.
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An
einer Seite des Pumpeneinheitsgehäuses 16 ist eine elektrische
Verbinderanordnung 56 angebracht, um einen Strom an die
Wicklung 48 zu liefern, deren Erregung und Aberregung zu
steuern und das Einlassdosierventil 46 wie erforderlich
zu öffnen
und zu schließen.
Ein (nicht gezeig ter) Controller für die Pumpe 8 ist
angeordnet, um über
den Verbinder 56 die notwendigen Steuersignale zum Betätigen des
Ventils 46 zu liefern.
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Der
Bereich des Auslassdurchgangs 30 in dem Pumpenauslassgehäuse 36 ist
mit einem Auslassventil in der Form eines hydraulisch betätigbaren Rückschlagventils 58 mit
einer leichten Rückschlagventilfeder 60 versehen.
Da das Rückschlagventil 58 vorgesehen
ist, ist gewährleistet,
dass Hochdruckkraftstoff innerhalb dem Common-Rail gefangen bleibt
und nicht zu dem Auslassdurchgang 30 zurückkehren
kann. Sollte der Kraftstoffdruck in dem Auslassdurchgang 30 einen
Betrag überschreiten,
der ausreicht, um einen Kraftstoffdruck in dem Verteiler zu überwinden
(in Kombination mit der Federkraft wirkend), wird bewirkt, dass
sich das Rückschlagventil 58 öffnet, um
eine Abgabe von Hochdruckkraftstoff durch den Pumpenauslass 38 und
demnach an das Common-Rail zu ermöglichen.
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Die
in 1 gezeigte Kraftstoffpumpe 8 weist mehrere
Betriebsmodi auf. In jedem Modus wird, wenn die Nocke angetrieben
wird, um sich zu drehen, bewirkt, dass die Rolle 18 über die
Nockenfläche
läuft oder
rollt, wodurch auf den Stößel 20 und demnach
auf den Kolben 10 eine Antriebskraft ausgeübt wird,
woraus sich eine Hin- und Herbewegung dieser Teile 10, 20 ergibt.
Der Kolben 10 führt
einen Pumpzyklus durch, während
dessen er in seiner Bohrung 14 nach innen angetrieben wird,
um einen Pumphub auszuführen,
und unter der Kraft der Rückholfeder 24 von
seiner Bohrung 14 nach außen gedrängt wird, um einen Rückkehrhub
auszuführen.
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Nun
wird ein Betriebsmodus der Pumpenanordnung von 1 beschrieben.
Die Wicklung 48 des Stellgliedes befindet sich zu Beginn
des Rückkehrhubs
in einem aberregten Zustand, sodass das Einlassventilelement 46 unter
der Kraft der Ventilfeder 54 von dem Ventilsitz beabstandet
ist. Ist das Einlassdosierventil geöffnet, dann bewirkt eine weitere Bewegung
des Kolbens 10 über
den Rückkehrhub, dass
Kraftstoff in die Pumpenkammer 12 gesaugt wird, womit die
Kammer 12 gefüllt
wird, so dass sie für
den nachfolgenden Pumphub bereit ist. Nach einem Teil des Kolbenrückkehrhubs,
wenn das Ventilelement 46 ansonsten wegen der Kraft der
Feder 54 von dem Ventilsitz weg vorgespannt wäre, wird
die Wicklung 48 des Stellglieds erregt, um zu bewirken, dass
sich das Ventilelement 46 setzt. Wird das Einlassdosierventil
nach einem Teil des Rückkehrhubs geschlossen,
dann ist dadurch ein Mittel vorgesehen, die Kraftstoffmenge zu dosieren,
mit der die Pumpenkammer 12 versorgt wird, und damit ein
Mittel, um die Kraftstoffmenge zu dosieren, die während eines nachfolgenden
Pumpzyklus unter Druck gesetzt wird; eine weitere Bewegung des Kolbens 10 über den Rückkehrhub
bei geschlossenem Dosierventil 46 verhindert, dass irgendwelcher
weitere Kraftstoff in die Pumpenkammer 12 gesaugt wird.
Die Pumpenkammer 12 wird deshalb nur für die Periode des Rückkehrhubs
gefüllt,
für welche
das Einlassdosierventil geöffnet
ist.
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Man
wird verstehen, dass das Rückschlagventil 58 über den
gesamten Kolbenrückkehrhub
geschlossen gehalten wird, da die Kraft aufgrund von hohem Kraftstoffdruck
in dem Verteiler, die in Kombination mit der Feder 60 wirkt,
die Kraft aufgrund von Kraftstoffdruck in dem Auslassdurchgang 30 überwindet
(in der Praxis ist die Rückschlagventilfederkraft
relativ niedrig und liefert eine viel weniger deutliche Kraft als
der Verteilerdruck).
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Hat
der Kolben 10 den unteren Totpunkt erreicht und beginnt
den nachfolgenden Pumphub, wird das Einlassdosierventil geschlossen
gehalten, und der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 12 beginnt
anzusteigen. Während
des Anfangsteils des Pumphubs wird das Rückschlagventil 58 geschlossen
bleiben, und zwar wegen des Druckdifferentials über dieses, und weil die Rückschlagventilfederkraft es
geschlossen hält.
An einem Punkt während
des Pumphubs wird der Kraftstoffdruck in der Pumpenkammer 12 auf
ein Druckniveau ansteigen, das ausreicht, um zu bewirken, dass sich
das Rückschlagventil 58 gegen
die Kraft des Verteilerdrucks (und der Rückschlagventilfeder 60) öffnet. Unter
Druck gesetzter Kraftstoff in der Pumpenkammer 12 kann
deshalb durch den Auslassdurchgang 30, durch den Pumpenauslass 38 und
in das Common-Rail strömen.
Das Common-Rail steht mit den Injektoren des Kraftstoffsystems in
Verbindung, um zu ermöglichen, dass
Kraftstoff, der in der Pumpenkammer 12 unter Druck gesetzt
wird und mit dem der Verteiler versorgt wird, an die Injektoren
zur Einspritzung abgegeben wird. Man wird verstehen, dass die während eines Pumpzyklus
durch den Pumpenauslass 38 an den Verteiler abgegebene
Kraftstoffmenge durch diejenige Kraftstoffmenge bestimmt ist, mit
welcher die Pumpenkammer 12 während des vorherigen Rückkehrhubs
durch das geöffnete
Einlassdosierventil versorgt wird.
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Hat
der Kolben 10 den oberen Totpunkt erreicht und beginnt
den nachfolgenden Rückkehrhub, wird
die Wicklung 48 aberregt, um das Einlassdosierventil nochmals
zu öffnen,
wodurch die Pumpenkammer 12 während des Rückkehrhubs aufgefüllt werden
kann, aber nur während
einer Anfangsperiode des Rückkehrhubs,
ehe das Einlassventil wieder geschlossen wird, um zu gewährleisten,
dass nur die gewünschte
Kraftstoffmenge an die Pumpenkammer 12 zur nachfolgenden
Druckbeaufschlagung abgegeben wird. Das Einlassdosierventil wird
bevorzugt am oberen Totpunkt oder knapp danach geöffnet.
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Die
Abfolge von Ereignissen kann, wie oben beschrieben, für die nachfolgenden
Pumpzyklen fortgeführt
werden.
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Bei
einem weiteren Betriebsmodus wird das Einlassdosierventil 46 vor
der Endperiode des Pumphubs und damit geöffnet, ehe der Kolben 10 den
oberen Totpunkt erreicht, indem die Wicklung 48 aberregt wird.
Wenn das Einlassdosierventil 46 geöffnet wird, beginnt der Kraftstoffdruck
in der Pumpenkammer 12 abzunehmen, während eine Verbindung zwischen dem
Auslassdurchgang 30 und dem Niederdruckdurchgang 52 hergestellt
wird. Während
des verbleibenden Kolbenpumphubs wird ein Punkt erreicht, wo bewirkt
wird, dass sich das Rückschlagventil 58 unter der
Kraft von Verteilerdruck und der Rückschlagventilfeder 60 schließt, womit
die Versorgung des Common-Rail mit Kraftstoff durch den Pumpenauslass 38 abgeschlossen
ist.
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Man
hat erkannt, dass durch Verwendung dieses Betriebsmodus, bei dem
das Einlassdosierventil 46 vor der Endperiode des Pumphubs
geöffnet wird,
dahingehend ein Vorteil erreicht ist, dass Hertz-Belastungen an
der Nocke minimiert sind. Dies kommt daher, dass die Pumpe 8 nur
während
Perioden des Pumpzyklus in einem „Pumpmodus" ist (d. h., wenn ein Kraftstoffdruck
in der Pumpenkammer 12 ansteigt), für welche die Rolle 18 mit
Bereichen der Nockenform mit einem großen Kontaktradius zusammenwirkt.
Der Schritt des Öffnens
des Einlassdosierventils 46 vor der Endperiode des Pumphubs,
sodass Hertz-Belastungen an der Nocke reduziert sind, kann implementiert
werden, wenn das Ventil in seinem normalen Modus der Dosierung der
Kraftstoffmenge betrieben wird, mit welcher die Pumpenkammer 12 während des
Rückkehrhubs
versorgt wird.
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Das
Nettoergebnis des zweiten Betriebsmodus ist das gleiche wie beim
ersten; Steuerung der Kraftstoffmenge, die unter Druck gesetzt wird
und mit der das Common-Rail-Kraftstoffvolumen während eines Pumpzyklus versorgt
wird. Dies läßt sich
durch den normalen Dosierbetrieb des Einlass dosierventils 46 erreichen,
bei welchem nur die erforderliche Kraftstoffmenge durch das geöffnete Ventil
in die Pumpenkammer 12 strömen darf.
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Bei
einer weiteren Modifizierung kann das Einlassdosierventil 46 geschlossen
gehalten werden, bis der Kolben 10 den oberen Totpunkt
durchlaufen und seinen Rückkehrhub
begonnen hat. Wenn der Kolben 10 den Rückkehrhub startet, wobei er
sich zu dem unteren Totpunkt bewegt, beginnt der Kraftstoffdruck
in der Pumpenkammer 12 zu fallen, und es wird ein Punkt
während
des Kolbenrückkehrhubs
erreicht, an welchem das Rückschlagventil 58 gedrängt wird,
sich zu schließen,
da die Kraft aufgrund von Kraftstoffdruck in dem Verteiler, der
in Kombination mit der Feder 60 wirkt, die Kraft aufgrund
von Kraftstoffdruck in dem Auslassdurchgang 30 überwindet. Wenn
es erforderlich ist, mit dem Füllen
der Pumpenkammer 12 zu beginnen, um für den nächsten Pumphub bereit zu sein,
wird die Wicklung 48 des Stellglieds aberregt, womit bewirkt
wird, dass sich das Ventilelement 46 unter der Kraft der
Ventilfeder 54 von dem Ventilsitz weg bewegt. Mit dem geöffneten Einlassdosierventil 46 bewirkt
die weitere Bewegung des Kolbens 10 über den Rückkehrhub, dass Kraftstoff
in die Pumpenkammer 12 gesaugt wird, die für den nachfolgenden
Pumphub bereit ist.
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Man
wird verstehen, dass bei allen vorher beschriebenen Betriebsmodi
das Einlassventil 46 die Kraftstoffmenge steuert, die in
der Pumpenkammer 12 während
des Pumphubs unter Druck gesetzt wird. Dies wird erreicht, indem
das Einlassdosierventil 46 während des Rückkehrhubs derart betrieben
wird, dass die Versorgung der Pumpenkammer 12 nur während eines
Teils des Rückkehrhubs
zugelassen wird.
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Die
Pumpenanordnung ist insofern vorteilhaft, als sie leicht in bestehende
Motorinstallationen aufgenommen werden kann, z. B. Installationen
vom Typ Pumpeneinheit, wo der verfügbare Raum zum Unterbringen
begrenzt ist. Die Pumpenanordnung des Systems ist auch relativ kompakt,
insbesondere da das Einlassventil und sein Stellglied (d. h. das
Einlassventilelement 46, der Anker 50 und die
Wicklung 48) koaxial mit dem Kolben 10 gelegen
sind und in einem Gehäuse 32 angrenzend
an das Pumpeneinheitsgehäuse 16 für den Kolben 10 und
seine zugehörigen
Antriebskomponenten 18, 20 und direkt darauf angebracht
sind. Das Kraftstoffsystem bringt deshalb auch Größen- und
Gewichtsvorteile. Der Pumpenwirkungsgrad ist gut, da keine Notwendigkeit
besteht, unter Druck gesetzten Kraftstoff an Niederdruck zu vergießen, um
die Kraftstoffmenge zu steuern, mit welcher der Verteiler versorgt
wird; die Verwendung des Einlassdosierventils 46 auf die
beschriebene Weise vermeidet diesen Nachteil.
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Man
wird verstehen, dass der in diesem Dokument vorkommende Verweis
darauf, dass der Kolben 10, das Einlassventil 46 und
der Pumpenauslass 38 allgemein koaxial ausgerichtet sind,
Anordnungen umfassen soll, bei welchen eine Komponente etwas außerhalb
der Achse sein kann, insbesondere aufgrund von Fertigungstoleranzen,
aber wo der Kolben 10, das Einlassdosierventil 46 und
der Pumpenauslass 38 nichtsdestotrotz in einer annähernd linearen und
kompakten Weise in einer einzigen Pumpeneinheitsanordnung 8 angeordnet
sind.