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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Pumpenanordnung, insbesondere eine Pumpenanordnung mit einer Hochdruckpumpe und einer geregelten Vorförderpumpe. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen.
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Bei einer Hochdruckpumpe kann zur Niederdruckregelung eine Zumesseinheit im Niederdruckkreislauf eingebaut sein. Solch eine Niederdruckmengenregelung verursacht allerdings Funktionskosten für die Zumesseinheit an sich und zusätzliche Kosten für die Schnittstelle und die Prüfung der Hochdruckpumpe nach der Montage.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein verbesserter Aufbau ermöglicht ist. Speziell können Funktionskosten für eine Zumesseinheit und Kosten für eine entsprechende Schnittstelle und Prüfung eingespart werden, da eine Pumpenanordnung ohne Zumesseinheit realisiert werden kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Pumpenanordnung möglich.
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Vorteilhaft ist es, dass die Verteilereinheit ein Verteilerventil aufweist und dass das Verteilerventil wenigstens die Mindestschmiermenge absteuert. Die Verteilereinheit kann hierbei neben dem Verteilerventil auch weitere Komponenten aufweisen. Möglich ist es allerdings auch, dass die Verteilereinheit ganz oder im Wesentlichen durch das Verteilerventil gebildet ist. Die Niederdruckpumpe hat in vorteilhafter Weise eine Grundfördermenge, die der Mindestschmiermenge der Hochdruckpumpe bei einem bestimmten Druckniveau im Triebwerksraum entspricht. Jede zusätzliche Brennstoffmenge kann hierbei an den Eingang der Hochdruckpumpe geführt werden. Als Eingang der Hochdruckpumpe kann beispielsweise ein an der Hochdruckpumpe angebrachtes Saugventil dienen.
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Vorteilhaft ist es auch, dass das Verteilerventil ein Ventilgehäuse und einen in dem Ventilgehäuse geführten Ventilkolben aufweist und dass der Ventilkolben eine Sackbohrung und eine aus der Sackbohrung geführte seitliche Bohrung aufweist, über die die Mindestschmiermenge des Brennstoffs zu dem Schmiermittelausgang geführt ist. Hierbei ist es ferner von Vorteil, dass der Ventilkolben entlang einer Längsachse in dem Ventilgehäuse geführt ist und dass die seitliche Bohrung des Ventilkolbens senkrecht zu der Längsachse des Ventilkolbens ausgestaltet ist. Somit kann die Schmiermenge des Brennstoffs unter 90° aus dem Verteilerventil abströmen, so dass beispielsweise Niederdruckpulsationen aus dem Triebwerksraum quer zum Ventilkolben wirken und damit schlechter auf diesen übertragen werden und eine Regelung der Hochdruckmenge, die zu dem Eingang der Hochdruckpumpe geführt wird, nicht beeinträchtigt ist. Speziell in diesem Zusammenhang ist es auch von Vorteil, dass durch die seitliche Bohrung des Ventilkolbens eine Drossel gebildet ist.
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Vorteilhaft ist es ferner, dass an dem Ventilkolben eine Steuerkante ausgestaltet ist, die zum Steuern eines zu der Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit geführten Brennstoffs dient. Ferner ist hierbei in vorteilhafter Weise mittels der Steuerkante eine Drosselung des zu der Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit geführten Brennstoffs in Abhängigkeit von einem am Schmiermittelausgang herrschenden Gegendruck ermöglicht. Durch die Benutzung des Verteilerventils ist eine Nullförderung exakt abbildbar und die Mindestschmiermenge steht immer zur Verfügung. Jegliche zusätzliche Brennstoffmenge wird mittels der Steuerkante zu der Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit abgesteuert. Hierbei ist es außerdem von Vorteil, dass die Steuerkante des Ventilkolbens in einem drucklosen Ausgangszustand des Verteilerventils die Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit zumindest im Wesentlichen von der Niederdruckpumpenseite der Verteilereinheit trennt. Somit wird zunächst ein ausreichendes Druckniveau im Triebwerksraum aufgebaut. Damit steht von Anfang an die erforderliche Mindestschmiermenge für den Triebwerksraum zur Verfügung.
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Vorteilhaft ist es allerdings auch, dass die Verteilereinheit eine Abzweigung und eine Drossel aufweist, dass die Niederdruckpumpenseite der Verteilereinheit mit der Abzweigung verbunden ist, dass die Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit mit der Abzweigung verbunden ist und dass der Schmiermittelausgang der Verteilereinheit über die Drossel mit der Abzweigung verbunden ist. Hierdurch ist eine kostengünstige Ausgestaltung der Verteilereinheit möglich. Hierbei kann über die Drossel der Verteilereinheit eine Einstellung der Mindestschmiermenge zum Schmieren des Lagers im Triebwerksraum eingestellt werden. Dies ist speziell für Anwendungen denkbar, bei denen die Niederdruckpulsationen aus dem Triebwerksraum durch die Drossel der Verteilereinheit ausreichend gedämpft werden können, so dass die Zustellung der Hochdruckmenge zur Hochdruckpumpenseite der Verteilereinheit nicht gestört ist.
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Vorteilhaft ist es, dass ein Druckhalteventil vorgesehen ist und dass der Triebwerksraum über das Druckhalteventil mit einem Tank verbunden ist. Hierdurch kann insbesondere eine Kühlung der Hochdruckpumpe verbessert und/oder das Auftreten einer Kavitation vermieden werden, falls dies beispielsweise allein durch das gegebene Lagerspiel nicht möglich ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Pumpenanordnung in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 ein Verteilerventil in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung für eine Pumpenanordnung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung;
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3 die in 1 dargestellte Pumpenanordnung entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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4 die in 1 dargestellte Pumpenanordnung entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine Pumpenanordnung 1 in einer schematischen Darstellung entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Pumpenanordnung 1 kann insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von luftverdichtenden, selbstzündenden Brennkraftmaschinen dienen. Ein bevorzugter Einsatz der Pumpenanordnung 1 besteht für eine Brennstoffeinspritzanlage mit einem Common-Rail 2, das Dieselbrennstoff unter hohem Druck speichert. Die Pumpenanordnung 1 dient in diesem Fall zum Fördern von Brennstoff zu solch einem Common-Rail 2. An das Common-Rail 2 sind hierbei mehrere Brennstoffeinspritzventile 3 angeschlossen. Die erfindungsgemäße Pumpenanordnung 1 eignet sich jedoch auch für andere Anwendungsfälle.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel fördert die Pumpenanordnung 1 Brennstoff aus einem Tank 4 zu dem Common-Rail 2. Hierbei sind eine Niederdruckpumpe 5 und eine Hochdruckpumpe 6 vorgesehen. Die Hochdruckpumpe 6 ist der Niederdruckpumpe 5 nachgeordnet. Allerdings weist die Pumpenanordnung 1 auch eine Verteilereinheit 7 auf, die zwischen der Niederdruckpumpe 5 und der Hochdruckpumpe 6 angeordnet ist. Über die Verteilereinheit 7 ist die Niederdruckpumpe 5 hydraulisch mit der Hochdruckpumpe 6 verbunden.
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Die Niederdruckpumpe 5 kann als regelbare Elektrokraftstoffpumpe 5 oder als regelbare Vorförderpumpe 5 ausgestaltet sein. Somit wird die erforderliche Niederdruckmenge von der Niederdruckpumpe 5 bereitgestellt, ohne dass eine Zumesseinheit oder dergleichen erforderlich ist. Die Niederdruckpumpe 5 fördert Brennstoff aus dem Tank 4 über ein Filter 8 zu der Verteilereinheit 7. Die Verteilereinheit 7 weist eine Niederdruckpumpenseite 9, eine Hochdruckpumpenseite 10 und einen Schmiermittelausgang 11 auf.
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Die Hochdruckpumpe 6 kann als Radial- oder Reihenkolbenpumpe ausgestaltet sein. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Hochdruckpumpe 6 als Eingangsventile 12, 13 dienende Saugventile 12, 13 auf. Über die Saugventile 12, 13 ist Brennstoff aus einer Brennstoffleitung 14 in Pumpenarbeitsräume 15, 16 führbar. Außerdem weist die Hochdruckpumpe 6 eine Antriebswelle mit einem Nocken 17 auf. Der Nocken 17 rotiert hierbei im Betrieb um eine Drehachse der Antriebswelle. Die Antriebsenergie wird über den Nocken 17 auf Pumpenkolben 18, 19 übertragen. Hierbei sind Laufrollen 20, 21 und weitere Komponenten vorgesehen, um den Hub des Nockens 17 während seiner Drehung auf die Pumpenkolben 18, 19 zu übertragen. Der Nocken 17 ist mit den Laufrollen 20, 21 und weiteren Komponenten in einem Triebwerksraum 22 der Hochdruckpumpe 6 angeordnet.
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Die Hochdruckpumpe 6 weist außerdem als Rückschlagventile 23, 24 ausgestaltete Auslassventile 23, 24 auf. Über die Auslassventile 23, 24 wird der unter hohem Druck stehende Brennstoff über Brennstoffleitungen 25, 26 in das Common-Rail 2 gefördert. An dem Common-Rail 2 ist ein Druckbegrenzungsventil 27 angeordnet, über das gegebenenfalls Brennstoff in eine Rücklaufleitung 28 und somit zurück zu dem Tank 4 geführt werden kann.
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Im Betrieb der Pumpenanordnung 1 befindet sich im Triebwerksraum 22 unter einem gewissen Druck stehender Brennstoff als Schmiermittel. Hierbei kommt es zum Abfluss dieses Brennstoffs über als Drosseln 29, 30 wirkende Leckagestellen 29, 30. Speziell ist die Antriebswelle mit dem Nocken 17 auf geeignete Weise in einem Gehäuse der Hochdruckpumpe 6 gelagert. Die Drossel 29 kann hierbei durch eine Lagerstelle in einem Gehäuseteil gebildet sein, während die Drossel 30 durch eine Lagerstelle an einem Flansch gebildet ist. Der über die als Drosseln 29, 30 wirkenden Lager fließende Brennstoff wird zu der Rücklaufleitung 28 und somit zu dem Tank 4 zurückgeführt. Durch die Drosseln 29, 30 wird hierbei auch eine Kühlung im Bereich des Triebwerkraums 22 gewährleistet.
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Der Schmiermittelausgang 11 der Verteilereinheit 7 ist über eine Brennstoffleitung 31 mit dem Triebwerksraum 22 verbunden. Dadurch wird im Betrieb stets die erforderliche Schmiermittelmenge an Brennstoff in den Triebwerksraum 22 geführt.
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Die Ausgestaltung der Pumpenanordnung 1 ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 im weiteren Detail beschrieben.
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2 zeigt ein Verteilerventil 35 der Verteilereinheit 7 in einer schematischen, axialen Schnittdarstellung entsprechend einer möglichen Ausgestaltung. Die Niederdruckpumpenseite 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Eingang 9 des Verteilerventils 35 gebildet. Die Hochdruckpumpenseite 10 ist durch einen Ausgang 10 des Verteilerventils 35 gebildet. Der Schmiermittelausgang 11 ist durch einen weiteren Ausgang 11 des Verteilerventils 35 gebildet. Das Verteilerventil 35 weist ein Ventilgehäuse 36 und einen Ventilkolben 37 auf. Der Ventilkolben 37 ist in einer Längsbohrung 38 des Ventilgehäuses 36 geführt. Hierdurch ist der Ventilkolben 37 entlang einer Längsachse 39 der Längsbohrung 38 verschiebbar geführt.
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Der Ventilkolben 37 weist eine sich entlang der Längsachse 39 erstreckende Sackbohrung 40 auf. Ferner weist der Ventilkolben 37 seitliche Bohrungen 41, 42 auf, die aus der Sackbohrung 40 herausführen. Die seitlichen Bohrungen 41, 42 erstrecken sich hierbei senkrecht zu der Längsachse 39. Die seitlichen Bohrungen 41, 42 sind Öffnungen 43, 44 in dem Ventilgehäuse 36 zugeordnet.
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Die seitlichen Bohrungen 41, 42 sind als Drosseln 41, 42 ausgestaltet. Hierbei ist ein Durchmesser der seitlichen Bohrungen 41, 42 in Bezug auf die gewünschte Drosselwirkung vorgegeben. Der über die Niederdruckpumpenseite 9 zugeführte Brennstoff wird hierdurch in einer gewissen Menge gedrosselt an den Schmiermittelausgang 11 geführt.
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Der Ventilkolben 37 ist von einer Ventilfeder 45 beaufschlagt. Die Ventilfeder 45 wirkt hierbei entgegen dem Druck des Brennstoffs an der Niederdruckpumpenseite 9.
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Der Ventilkolben 37 weist eine Steuerkante 46 auf. Die Steuerkante 46 ist Bohrungen 47, 48 des Ventilgehäuses 36 zugeordnet. Durch die Bohrungen 47, 48 ist der Ausgang an der Hochdruckpumpenseite 10 gebildet. Je nach Stellung des Ventilkolbens 37 verschließt die Steuerkante 46 die Bohrungen 47, 48 mehr oder weniger. Hierdurch kann eine Verbindung der Niederdruckpumpenseite 9 mit der Hochdruckpumpenseite 10 gesperrt, teilweise geöffnet und somit gedrosselt oder auch vollständig geöffnet sein. Im Ausgangszustand, in dem der Ventilkolben 37 im drucklosen Zustand nur von der Ventilfeder 45 beaufschlagt ist, verschließt die Steuerkante 46 des Ventilkolbens 37 die Bohrungen 47, 48 vorzugsweise vollständig.
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Im Betrieb der Pumpenanordnung 1 wird Brennstoff aus dem Tank 4 durch die mengengeregelte beziehungsweise regelbare Niederdruckpumpe 5 über das Filter 8 an der Niederdruckpumpenseite 9 dem Verteilerventil 35 zugeführt. Das Verteilerventil 35 steuert mittels des Ventilkolbens 37 die Schmiermenge, die am Schmiermittelausgang 11 ausgegeben wird, und die Hochdruckmenge für die Hochdruckpumpe 6, die an der Hochdruckpumpenseite 10 ausgegeben wird. Die geregelte beziehungsweise regelbare Niederdruckpumpe 5 hat eine Grundfördermenge, die der Mindestschmiermenge der Hochdruckpumpe 6 bei einem bestimmten Druckniveau im Triebwerksraum 22 entspricht. Jegliche zusätzliche Brennstoffmenge geht über die als Ausgang dienende Hochdruckpumpenseite 10 zu den Saugventilen 12, 13, wie es durch die in der 2 veranschaulichte, geöffnete Position des Verteilerventils 35 dargestellt ist.
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Durch die Benutzung des Verteilerventils 35 ist eine Nullförderung exakt abbildbar und die Mindestschmiermenge steht immer zur Verfügung. Das Verteilerventil 35 ist außerdem so ausgeführt, dass Pulsationen des Nockentriebwerks aus dem Triebwerksraum 22 über eine oder mehrere Drosseln 41, 42 abgedämpft werden und die Zustellung der Hochdruckmenge nicht behindert wird. Dies ist durch die Abströmung der Schmiermenge aus dem Verteilerventil 35 unter 90° gewährleistet. Die Niederdruckpulsationen aus dem Triebwerksraum 22 wirken somit quer zum Ventilkolben 37 und können dadurch schlechter auf den Ventilkolben 37 übertragen werden. Eine Behinderung der Regelung der Hochdruckmenge wird dadurch vermieden.
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Im Triebwerksraum 22 der Hochdruckpumpe 6 stellt sich durch die Zumessung der mengengeregelten beziehungsweise regelbaren Niederdruckpumpe 5 ein gewisses Druckniveau in Abhängigkeit von dem Lagerspiel am Gehäuselager 29 und am Flanschlager 30 ein. Die Auslegung der Lagerspiele, deren Drosselwirkung durch die Drosseln 29, 30 schematisch dargestellt ist, ist zusammen mit der Drosselwirkung der ein oder mehreren Drosseln 41, 42 so gestaltet, dass die Hochdruckpumpe 6 ausreichend gekühlt wird und keine Kavitation am Triebwerk auf Grund eines zu geringen Druckniveaus im Triebwerksraum 22 entsteht.
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3 zeigt die in 1 dargestellte Pumpenanordnung 1 entsprechendem einem zweiten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Pumpenanordnung 1 ein Druckhalteventil 50 auf, über das der Triebwerksraum 22 mit der Rücklaufleitung 28 und somit dem Tank 4 verbindbar ist. Falls beispielsweise die Kühlung der Hochdruckpumpe 6 nicht ausreicht und/oder eine Vermeidung der Kavitation durch das Lagerspiel nicht im ausreichenden Maße möglich ist, dann kann über das Druckhalteventil 50 eine günstige Beeinflussung des Niederdruckkreislaufs erzielt werden.
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4 zeigt die in 1 dargestellte Pumpenanordnung 1 entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Verteilereinheit 7 eine Abzweigung 55 und eine Drossel 41' auf. Hierbei ist die Niederdruckpumpenseite 9 der Verteilereinheit 7 direkt mit der Abzweigung 55 verbunden. Ferner ist die Hochdruckpumpenseite 10 der Verteilereinheit 7 direkt mit der Abzweigung 55 verbunden. Der Schmiermittelausgang 11 ist über die Drossel 41' mit der Abzweigung 55 verbunden. Hierdurch ist eine einfache Ausgestaltung des Niederdruckkreislaufs möglich. Hierbei erfolgt die Einstellung der Lagerschmiermenge über die Drossel 41'. Dies ist möglich, wenn die Niederdruckpulsationen aus dem Triebwerksraum 22 durch die Drossel 41' ausreichend gedämpft werden können, so dass die Zustellung der Hochdruckmenge an die Saugventile 12, 13 nicht gestört wird.
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Die Pumpenanordnungen 1 der beschriebenen Ausführungsbeispiele haben den Vorteil, dass kein Zumesseinheit benötigt wird und somit die diesbezüglichen Kosten eingespart werden können.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
