DE102006049759A1

DE102006049759A1 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102006049759A1
Application number: DE102006049759A
Authority: DE
Inventors: Thomas Hamann; Dietmar Pinkernell; Gerhard Domberger; Wolfgang Wagner; Holger Schaar
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-10-21
Filing date: 2006-10-21
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2026-10-22
Also published as: KR101363205B1; FI20070581A; JP2008101617A; FI122959B; CN101187351A; DE102006049759B4; KR20080035951A; CN101187351B; JP5015716B2; FI20070581A0

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common-Rail-Kraftstoffsystems, mit einem in einem Pumpenzylinder (11) bewegbar gelagerten Pumpenkolben (12). Erfindungsgemäß weist der Pumpenkolben (12) einen Hohlraum (14) auf, über den der Pumpenkolben (12) von innen kühlbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common–Rail–Kraftstoffsystems, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis bekannte Kraftstoffpumpen verfügen über einen Pumpenzylinder, wobei im Pumpenzylinder ein Pumpenkolben bewegbar gelagert ist. Der Pumpenkolben wird über einen oder mehrere Nocken im Pumpenzylinder auf und ab bewegt, wodurch Kraftstoff angesaugt und von der Kraftstoffpumpe Verbrauchern, so z. B. Einspritzventilen eines Kraftstoffsystems zugeführt wird.
Aus der Praxis bekannte Kraftstoffpumpen verfügen im Bereich des Pumpenzylinders, in welchem der Pumpenkolben bewegbar gelagert ist, über eine oder mehrere Nuten, um eine zwischen dem Pumpenzylinder und dem Pumpenkolben auftretende Kraftstoffleckage entweder ins Kraftstoffsystem oder in einen Leckagerücklauf abzuführen. Insbesondere dann, wenn die Kraftstoffpumpe in einem mit Schweröl betriebenen Kraftstoffsystem Verwendung findet, können sich als Verlackungen bezeichnete Kraftstoffablagerungen in einem Führungsbereich zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder ausbilden, die das Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder einengen und so zu einem Kolbenfresser führen können. Diese Gefahr ist um so größer, je höher die Temperaturen im Betrieb sind und je schlechter die Wärme vom Pumpenkolben abgeführt werden kann. Die im Betrieb auftretende Temperaturen hängen dabei von der Kraftstoffart, der Kraftstoffqualität sowie dem Lastprofil ab, dem die Kraftstoffpumpe ausgesetzt ist.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde, eine neuartige Kraftstoffpumpe zu schaffen. Dieses Problem wird durch eine Kraftstoffpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß weist der Pumpenkolben einen Hohlraum auf, über den der Pumpenkolben von innen kühlbar ist.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, den Pumpenkolben einer Kraftstoffpumpe von innen zu kühlen, wodurch im Betrieb entstehende Wärme vom Pumpenkolben abgeführt werden kann. Damit kann die Ausbildung von Ablagerungen im Führungsbereich zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder vermieden werden, so dass das Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder erhalten bleibt. Kolbenfresser können dadurch vermieden werden.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Hohlraum als geschlossener Hohlraum ausgebildet und teilweise mit einem Kühlmedium gefüllt, wobei das Kühlmedium bedingt durch die Bewegung des Pumpenkolbens im Hohlraum bewegbar ist, dabei in einem oberen Bereich des Pumpenkolbens Wärme aufnimmt und die Wärme in einem unteren Bereich des Pumpenkolbens abgibt, und zwar in einem unteren Totpunkt der Bewegung des Pumpenkolbens.
Nach einer zweiten, alternativen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Hohlraum als offener Hohlraum mit einem Zulauf und einem Ablauf ausgebildet, wobei der Hohlraum von einem Kühlmedium entweder kontinuierlich oder getaktet durchströmt ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1: einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2: einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3: einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch eine Kraftstoffpumpe 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der hier vorliegenden Erfindung, wobei die Kraftstoffpumpe 10 gemäß 1 einen Pumpenzylinder 11 sowie einen im Pumpenzylinder 11 bewegbar gelagerten Pumpenkolben 12 umfasst. Der Pumpenkolben 12 ist gemäß 1 über Nocken 13 gesteuert im Pumpenzylinder 11 auf und ab bewegbar, wobei über diese Bewegung des Pumpenkolbens 12 im Pumpenzylinder 11 Kraftstoff angesaugt und in Richtung auf einen Verbraucher gefördert werden kann.
Gemäß 1 ist in den Pumpenkolben 12 ein Hohlraum 14 integriert, der im Ausführungsbeispiel der 1 als geschlossener Hohlraum ausgebildet ist und der teilweise mit einem Kühlmedium 15 gefüllt ist. Bei dem Kühlmedium 15 kann es sich um ein flüssiges Kühlmedium oder um ein Kühlmedium handeln, das oberhalb einer definierten Temperatur seinen Aggregatzustand von fest in flüssig ändert, so z. B. um Natrium.
Im Betrieb der Kraftstoffpumpe 10 wird das zumindest unter Betriebstemperatur flüssige Kühlmedium 15 im Hohlraum 14 bewegt, nämlich umhergeschleudert, wobei das Kühlmedium 15 in einem oberen Bereich des Pumpenkolbens 12 Wärme aufnimmt und in einem unteren Bereich desselben abgibt, nämlich dann, wenn sich der Pumpenkolben 12 in seinem unteren Totpunkt befindet. Dadurch ist immer eine ausreichende Temperaturdifferenz zwischen dem Pumpenkolben 12 und dem Kühlmedium 15 und somit ein guter Wärmeübergang gewährleistet.
Im Betrieb der Kraftstoffpumpe 10 entstehende Wärme kann somit in einem oberen Bereich aus dem Pumpenkolben 12 nach unten abtransportiert und beim Austauchen des Pumpenkolbens 12 im unteren Totpunkt an die Umgebung abgegeben werden.
Gegebenenfalls kann der Pumpenkolben 12 der Kraftstoffpumpe 10 gemäß 1 im unteren Bereich von außen mit Öl oder Kraftstoff benetzt werden, um so eine zusätzliche Kühlung desselben bereitzustellen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 20 zeigt 2, wobei die Kraftstoffpumpe 20 der 2 wiederum einen Pumpenzylinder 21 und einen im Pumpenzylinder 21 bewegbar gelagerten Pumpenkolben 22 umfasst. Der Pumpenkolben 22 wird wiederum von Nocken 23 gesteuert im Pumpenzylinder 21 auf und ab bewegt.
In den Pumpenkolben 22 der Kraftstoffpumpe 20 ist wiederum ein Hohlraum 24 integriert. Der Hohlraum 24 ist im Ausführungsbeispiel der 2 als offener Hohlraum mit einem Zulauf 25 und einem Ablauf 26 für Kühlmedium ausgebildet, wobei der Hohlraum 24 von dem Kühlmedium durchströmt wird. Das Kühlmedium durchströmt dabei den Hohlraum 24 entweder kontinuierlich oder getaktet in Abhängigkeit des Pumpenkolbenhubs.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 2 wirken sowohl der Zulauf 25 als auch der Ablauf 26 des Pumpenkolbens 22 mit jeweils einer in den Pumpenzylinder 21 integrierten, umlaufenden Nut 27 zusammen. Dann, wenn der Zulauf 25 bzw. der Ablauf 26 mit der jeweiligen Nut 27 fluchten, kann Kühlmedium in den Hohlraum 24 des Zylinderkolbens 20 eingeleitet bzw. aus demselben abgeleitet werden. In 2 ist der Hohlraum 24 demnach getaktet in Abhängigkeit des Pumpenkolbenhubs von Kühlmedium durchströmt.
Gemäß 2 mündet in die mit dem Zulauf 25 zusammenwirkende Nut 27 eine Zulaufleitung 28 für Kühlmedium, in die mit dem Ablauf 26 zusammenwirkende Nut 27 mündet hingegen eine Ablaufleitung 29 für Kühlmedium.
Im Ausführungsbeispiel der 2 ist der Zulauf 25 für Kühlmedium in einen oberen Abschnitt des Pumpenkolbens 22 und der Ablauf 26 ist in einen unteren Abschnitt des Pumpenkolbens 22 integriert. Ebenso ist es möglich, den Zulauf in einen unteren Abschnitt des Pumpenkolbens und den Ablauf in einen oberen Abschnitt desselben zu integrieren, also die Durchströmungsrichtung des Hohlraums 24 umzukehren. Als Kühlmedium kann in 2 insbesondere Kraftstoff oder Schmieröl verwendet werden.
Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 30 zeigt 3, wobei auch die Kraftstoffpumpe 30 des Ausführungsbeispiels der 3 einen Pumpenzylinder 31 sowie einen im Pumpenzylinder 31 bewegbar gelagerten Pumpenkolben 32 aufweist, der von Nocken 33 gesteuert im Pumpenzylinder 31 auf und ab bewegt wird. Auch im Ausführungsbeispiel der 3 ist in den Pumpenkolben 32 ein Hohlraum 34 für Kühlmedium integriert, wobei der Hohlraum 34 in Übereinstimmung zum Ausführungsbeispiel der 2 als offener Hohlraum ausgebildet ist, in den über einen Zulauf 35 Kühlmedium eingeleitet und aus dem über einen Ablauf 36 Kühlmedium abgeleitet werden kann. Der Zulauf 35 wirkt dabei mit einer in den Pumpenzylinder 31 eingebrachten, umlaufenden Nut 37 zusammen, wobei in die Nut 37 eine Zulaufleitung 38 für Kühlmedium mündet. Aich im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Hohlraum 34 demnach getaktet in Abhängigkeit des Pumpenkolbenhubs von Kühlmedium durchströmt.
Die Ausführungsbeispiele der 2 und 3 unterscheiden sich dadurch, dass im Ausführungsbeispiel der 2 der Zulauf 25 sowie der Ablauf 26 für das Kühlmedium in ein gemeinsames Bauteil integriert sind, im Ausführungsbeispiel der 3 sind hingegen der Zulauf und der Ablauf in zwei separate Bauteile integriert.
Gemäß 3 ist der Pumpenkolben 32 demnach zweiteilig ausgeführt. Der Zulauf 35 ist in ein oberes Pumpenkolbenteil 39 und der Ablauf 36 in ein unteres Pumpenkolbenteil 40 integriert. Gemäß 3 ragt dabei das untere Pumpenkolbenteil 40 mit einem einen Strömungskanal 42 definierenden Vorsprung 43 in das obere Pumpenkolbenteil 39 hinein, wobei der Zulauf 35 in einen unteren Abschnitt des oberen Pumpenkolbenteils 39 und der Ablauf 36 in einen unteren Abschnitt des unteren Pumpenkolbenteils 40 integriert ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein Abschnitt 42 des Hohlraums 34, der sich zwischen dem Vorsprung 43 des unteren Pumpenkolbenteils 40 und dem oberen Pumpenkolbenteil 39 erstreckt, von Kühlmedium durchströmt wird und sich demnach kein Totraum im Hohlraum ausbildet.
Auch im Ausführungsbeispiel der 3 können Zulauf und Ablauf für das Kühlmedium vertauscht sein, so dass demnach der Zulauf in den unteren Pumpenkolbenabschnitt 40 und der Ablauf in den oberen Pumpenkolbenabschnitt 39 integriert ist und sich die Durchströmungsrichtung des Hohlraums 34 umkehrt. Hierzu müsste ein zusätzlicher Zulauf im Pumpenzylinder 31 geschaffen werden und die Lage der Bohrung 36 entsprechend angepasst sein.
Im Ausführungsbeispiel der 3 kann insbesondere Schmieröl als Kühlmedium verwendet werden. Das Schmieröl wird dann über den Zulauf 35 in den Hohlraum 34 eingeleitet, steigt in diesem auf und nimmt dabei Wärme vom Pumpenkolben 32 auf. Über den Strömungskanal 41 kann das erwärmte Schmieröl dem Ablauf 36 zugeführt und aus dem Pumpenkolben 32 abgeleitet werden. Das Schmieröl kann dann zur Antriebsschmierung verwendet werden.
Allen Ausführungsbeispielen ist gemeinsam, dass der Pumpenkolben der Kraftstoffpumpe innengekühlt ist, und zwar über einen in den Pumpenkolben integrierten Hohlraum. Hierdurch kann aus dem Bereich des Pumpenkolbens im Betrieb entstehende Wärme effektiv abgeleitet und an die Umgebung abgegeben werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich im Führungsbereich zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder Ablagerungen ausbilden, die das Führungsspiel zwischen dem Pumpenkolben und dem Pumpenzylinder verringern.

10: Kraftstoffpumpe
11: Pumpenzylinder
12: Pumpenkolben
13: Nocke
14: Hohlraum
15: Kühlmedium
20: Kraftstoffpumpe
21: Pumpenzylinder
22: Pumpenkolben
23: Nocke
24: Hohlraum
25: Zulauf
26: Ablauf
27: Nut
28: Zulaufleitung
29: Ablaufleitung
30: Kraftstoffpumpe
31: Pumpenzylinder
32: Pumpenkolben
33: Nocke
34: Hohlraum
35: Zulauf
36: Ablauf
37: Nut
38: Zulaufleitung
39: oberes Pumpenkolbenteil
40: unteres Pumpenkolbenteil
41: Strömungskanal
42: Abschnitt
43: Vorsprung

Claims

Kraftstoffpumpe, insbesondere Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common-Rail–Kraftstoffsystems, mit einem in einem Pumpenzylinder bewegbar gelagerten Pumpenkolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (12; 22; 32) einen Hohlraum (14; 24; 34) aufweist, über den der Pumpenkolben (12; 22; 32) von innen kühlbar ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (14) als geschlossener Hohlraum ausgebildet und teilweise mit einem Kühlmedium (15) gefüllt ist, wobei das Kühlmedium (15) bedingt durch die Bewegung des Pumpenkolbens (12) im Hohlraum (14) bewegbar ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (15) bedingt durch die Bewegung des Pumpenkolbens (12) im Hohlraum (14) umhergeschleudert wird, dabei in einem oberen Bereich des Pumpenkolbens (12) Wärme aufnimmt und die Wärme in einem unteren Bereich des Pumpenkolbens (12) abgibt, und zwar in einem unteren Totpunkt der Bewegung des Pumpenkolbens (12).
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (24; 34) als offener Hohlraum mit einem Zulauf (25; 35) und einem Ablauf (26; 36) ausgebildet und von einem Kühlmedium durchströmt ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium entweder kontinuierlich oder getaktet dem Hohlraum (24; 34) zugeführt bzw. aus dem Hohlraum abgeführt wird.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (22) derart ausgeführt ist, dass der Zulauf (25) und der Ablauf (26) in ein gemeinsames Bauteil integriert sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (25) in einem oberen Abschnitt des Pumpenkolbens (22) und der Ablauf (26) in einen unteren Abschnitt des Pumpenkolbens (22) integriert ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpenkolben (32) derart ausgeführt ist, dass der Zulauf (35) und der Ablauf (36) in zwei separate Bauteile (39, 40) integriert sind.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (25) in einem unteren Abschnitt eines ersten Bauteils (39) des Pumpenkolbens und der Ablauf (36) in einen unteren Abschnitt eines zweiten Bauteils (40) des Pumpenkolbens integriert ist.
Kraftstoffpumpe nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (25; 35) und/oder der Ablauf (26; 36) des Pumpenkobens (22; 32) mit jeweils einer umlaufenden, in den Pumpenzylinder (21; 31) eingebachten Nut (27; 37) zusammenwirken, um Kühlmedium dem Hohlraum (24; 34) zuzuführen bzw. aus dem Hohlraum abzuführen.