-
Die Erfindung betrifft eine Pumpe zur Förderung eines Kraftstoffs, wobei die Pumpe wenigstens zwei Pumpenelemente mit jeweils einem in einem Pumpenzylinder auf- und abbewegbaren Pumpenkolben aufweist, der direkt oder indirekt mit einem Betätigungsprofil einer Betätigungswelle zusammenwirkt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Pumpe.
-
Stand der Technik
-
Eine derartige Pumpe ist aus der
DE 10 2013 212 237 A1 bekannt. Diese Pumpe weist zwei Pumpenelemente mit jeweils einem in einem Pumpenzylinder auf- und abbewegbaren Pumpenkolben auf, die unter Einbezug eines Rollenstößels mit jeweils einem Nocken einer als Nockenwelle ausgebildeten Betätigungswelle zusammenwirken. Die Pumpe ist hinsichtlich der Belastung ihrer Bauteile verbessert. Dies wird dadurch erreicht, dass neben einer Reihenschaltung der zwei in einem Pumpengehäuse angeordneten Pumpenelemente die Nockenwelle als Mehrfachnocken ausgebildete Nocken aufweist, die die Hertzsche Pressung von Laufrollen der Rollenstößel auf den Nocken verringern sollen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pumpe zur Förderung eines Kraftstoffs bereitzustellen und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Pumpe anzugeben, mit der/dem ein effektiverer Betrieb der Pumpe möglich ist.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Betätigungswelle neben dem Betätigungsprofil ein Nichtbetätigungsprofil aufweist, und dass die Pumpe bezüglich des Zusammenwirkens zumindest eines Pumpenelements mit dem Betätigungsprofil und dem Nichtbetätigungsprofil umschaltbar ist. Das entsprechende Verfahren zum Betreiben einer solchen Pumpe sieht vor, dass bei Teillastbetrieb der Pumpe ein Pumpenelement mit einem Betätigungsprofil und ein Pumpenelement mit einem Nichtbetätigungsprofil zusammenwirken, und dass bei Volllastbetrieb der Pumpe beide Pumpenelemente mit einem Betätigungsprofil zusammenwirken. Dieser Ausgestaltung beziehungsweise diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bestimmend für die Dimensionierung der Pumpe der maximale Kraftstoffmengenbedarf unter Berücksichtigung bestimmter extremer Randbedingungen inklusive möglicher Vorhalte für Alterungseffekte, Verschleiß, Grenzbereiche der Spezifikation (höchste zulässige Temperaturen), dünnflüssiger Kraftstoff und so weiter ist. Demzufolge sind daher in vielen Betriebszuständen Pumpen zur Förderung eines Kraftstoffs gemessen an tatsächlichem Bedarf überdimensioniert. Aus dieser Erkenntnis resultiert die erfindungsgemäße Ausgestaltung beziehungsweise das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Pumpe, dass nämlich bei Teillastbetrieb der Pumpe letztendlich nur ein Pumpenelement zur Förderung von Kraftstoff in Betrieb ist und dagegen bei Volllastbetrieb der Pumpe beide Pumpenelemente in Betrieb sind. Beide Pumpenelemente sind so ausgebildet beziehungsweise ausgelegt, dass sie zusammen die maximal benötigte Kraftstoffmenge inklusive der zuvor beschrieben Reserve fördern können. Dadurch ist ein effektiverer Betrieb der Pumpe möglich, indem insbesondere beim Teillastbetrieb durch den Betrieb nur eines Pumpenelements eine unnötige Verlustleistung vermieden wird sowie die Antriebsleistung der Pumpe reduziert werden kann und somit letztendlich der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, an dem die erfindungsgemäße Pumpe als Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems verbaut ist, reduziert werden kann.
-
In Weiterbildung der Erfindung ist die Betätigungswelle eine Nockenwelle, das Betätigungsprofil ein Arbeitsnocken und das Nichtbetätigungsprofil ein Nullnocken. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltungsform, wobei aber die Betätigungswelle auch in anderer Form ausgestaltet sein kann. Beispielsweise kann die Betätigungswelle auch als Exzenterwelle ausgebildet sein und das Betätigungsprofil und das Nichtbetätigungsprofil als unterschiedliche Exzenterscheiben ausgestaltet sein. Die Betätigungswelle kann direkt mit dem Pumpenkolben zusammenwirken. In einer bevorzugten Ausgestaltung wirkt die Betätigungswelle aber unter Einbezug eines Rollenstößels mit dem jeweiligen Pumpenkolben zusammen.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der Arbeitsnocken und der Nullnocken auf der Nockenwelle axial verschiebbar angeordnet. Insbesondere additiv ist es aber auch möglich, die Nockenwelle in ihrer Gesamtheit axial verschiebbar auszugestalten. Dadurch können wechselweise beide Pumpenelemente mit jeweils einem Arbeitsnocken oder einem Nullnocken zusammenwirken.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der Arbeitsnocken und der Nullnocken ein ineinander übergehendes Nullprofil auf. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass bei einem Umschalten des Zusammenwirkens des Pumpenelements zwischen dem Arbeitsnocken und dem Nullnocken beziehungsweise umgekehrt die Durchführung des Umschaltvorgangs im Bereich des ineinander übergehenden Nullprofils der beiden Nocken problemlos und insbesondere verschleißfrei realisierbar ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung sind der Arbeitsnocken und der Nullnocken einstückig ausgebildet. Dies ist die bevorzugte Ausgestaltungsform, da die beiden Nocken immer gleichzeitig auf der Nockwelle verschoben werden. Beispielsweise kann die Nockenwelle als Keilwelle ausgebildet sein, die mit einem entsprechenden Innenkeilprofil in dem Arbeitsnocken und dem Nullnocken zusammenwirkt. Dadurch ist sichergestellt, dass der Arbeitsnocken und der Nullnocken verdrehsicher auf der Nockenwelle geführt sind, aber entlang der Keilverbindung ein problemloses Verschieben möglich ist.
-
In Weiterbildung der Erfindung weist die Pumpe eine Verstelleinrichtung zur axialen Verschiebung des Arbeitsnocken und des Nullnockens und/oder der gesamten Nockenwelle auf. Die Verstelleinrichtung kann hydraulisch, elektrisch, mechanisch oder in einer beliebigen Kombination der genannten Ausgestaltungen ausgeführt sein. Beispielsweise kann ein Hydraulikfluid in unterschiedliche in die Nockenwelle eingelassene Leitungen eingeführt werden, und das Hydraulikfluid im Bereich der beiden Nocken in unterschiedliche Arbeitsräume eingeleitet werden und somit die Nocken in unterschiedliche axiale Richtungen bewegt werden.
-
Eine Weiterbildung des Verfahrens zum Betreiben einer Pumpe sieht vor, dass bei Teillastbetrieb wechselweise das erste und das zweite Pumpenelement betreibbar sind. Durch dieses Verfahren wird eine weitere Erhöhung der Lebensdauer der so ausgestalteten Pumpe erreicht, indem in Teillastbetrieb die beiden Pumpenelemente wechselweise betrieben werden.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Pumpe mit einer Nockenwelle und zwei nebeneinander angeordneten Pumpenelementen in einer ersten Betriebsart,
-
2 eine schematische Darstellung einer Pumpe mit einer Nockenwelle und zwei nebeneinander angeordneten Pumpenelementen in einer zweiten Betriebsart und
-
3 eine schematische Darstellung einer Pumpe mit einer Nockenwelle und zwei nebeneinander angeordneten Pumpenelementen in einer dritten Betriebsart.
-
1 und auch die weiteren Figuren zeigen eine schematische Darstellung einer Pumpe zur Förderung eines Kraftstoffs. Von der Pumpe sind nur die zur Erläuterung der Erfindung notwendigen Komponenten dargestellt, nämlich eine Nockenwelle 1 und zwei (teilweise dargestellte) Pumpenelementen 2a, 2b, die nebeneinander angeordnet sind und mit der Nockenwelle 1 zusammenwirken. Die Pumpe ist Bestandteil insbesondere eines Common-Rail-Einspritzsystems, das an einer Brennkraftmaschine verbaut ist. Der Pumpe wird von einem Kraftstoffniederdrucksystem in einem Tank bevorrateter Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, zugeführt und von der Pumpe beziehungsweise deren Pumpenelementen 2a, 2b über eine Hochdruckleitung in einen Hochdruckspeicher gefördert. Aus dem Hochdruckspeicher wird der dort unter einem Druck von beispielsweise bis zu 3.000 bar gespeicherte Kraftstoff von Kraftstoffinjektoren zur Einspritzung in zugeordnete Brennräume der Brennkraftmaschine entnommen. Die Brennkraftmaschine kann in unterschiedlichen Betriebszuständen betrieben werden, bei der unterschiedliche Mengen Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine eingespritzt werden. Dementsprechend muss die Pumpe unterschiedliche Kraftstoffmengen in den Hochdruckspeicher nachfördern. Diese unterschiedliche Nachförderung von Kraftstoff in den Hochdruckspeicher ist durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Pumpe in effektiver Weise möglich.
-
Die Pumpe weist ein nicht weiter dargestelltes Pumpengehäuse auf, in dem ein Triebwerksraum ausgebildet ist, in dem die Nockenwelle 1 mit jeweils einem Arbeitsnocken 3a, 3b und einem Nullnocken 4a, 4b angeordnet ist. Die Nockenwelle 1 ist als solches in dem Pumpengehäuse in geeigneter Art drehbar gelagert. Jeweils eine Kombination eines Arbeitsnockens 3a und eines Nullnockens 4a beziehungsweise 3b und 4b ist einem Pumpenelement 2a beziehungsweise Pumpenelement 2b zugeordnet. Jedes der beiden Pumpenelemente 2a, 2b weist einen Rollenstößel 5a, 5b auf, wobei jeder Rollenstößel 5a, 5b mit einem zugeordneten Pumpenkolben 6a, 6b zusammenwirkt. Die in den Figuren dargestellte einteilige Ausbildung von den Rollenstößeln 5a, 5b und den Pumpenkolben 6a, 6b kann auch als eine mehrteilige Ausführung ausgestaltet sein. Bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 1 und dem Zusammenwirken des Rollenstößels 5b mit dem Arbeitsnocken 3b (wie dies in 1 dargestellt ist) wird der Rollenstößel 5b und damit der Pumpenkolben 6b translatorisch auf- und abbewegt. Der Pumpenkolben 6b (und auch der Pumpenkolben 6a) ist in einem vorzugsweise einstückig mit einem Pumpenzylinderkopf ausgebildeten Pumpenzylinder geführt, wobei in dem Pumpenzylinderkopf in Verlängerung der Ausnehmung zur Führung des Pumpenkolbens 6b ein Pumpenarbeitsraum angeordnet ist, in den über ein Saugventil von dem Kraftstoffniederdrucksystem bei einer Abwärtsbewegung des Pumpenkolbens 6b Kraftstoff eingebracht wird, der bei einer anschließenden Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens 6b über ein Rückschlagventil in die Hochdruckleitung und weiter den Hochdruckspeicher gefördert wird.
-
Die Rollenstößel 5a, 5b weisen jeweils eine Laufrolle 7a, 7b auf, die auf dem Nockenprofil des jeweils damit zusammenwirkenden Nockens, also des Arbeitsnockens 3a, 3b oder des Nullnockens 4a, 4b abrollen. Um einen dauernden Kontakt der jeweiligen Laufrolle mit dem jeweiligen Nocken zu gewährleisten, sind bei beiden Pumpenelementen 2a, 2b jeweils eine Pumpenfeder 8a, 8b vorgesehen, die sich an dem jeweiligen Pumpenzylinderkopf abstützen und den jeweiligen Rollenstößel 5a, 5b mitsamt dem Pumpenkolben 6a, 6b in Richtung zu der Nockenwelle 1 drücken.
-
In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 wirkt der Rollenstößel 5a des Pumpenelements 2a mit dem Nullnocken 4a zusammen, während der Rollenstößel 5b des Pumpenelements 2b mit dem Arbeitsnocken 3b zusammenwirkt. Bei dieser in 1 dargestellten ersten Betriebsart wird also nur das Pumpenelement 2b betrieben und fördert bei einer Drehbewegung der Nockenwelle 1 entsprechend der Auf- und Abbewegung des Pumpenkolbens 6b Kraftstoff in den Hochdruckspeicher. Das Pumpenelement 2a ist durch das Zusammenwirken mit dem Nullnocken 4a nicht in Betrieb und fördert folglich keinen Kraftstoff. Jeweils ein Arbeitsnocken 3a und ein Nullnocken 4a beziehungsweise 3b und 4b bilden eine Baueinheit, die auf der Nockenwelle 1 entsprechend den Doppelpfeilen 9a, 9b axial verstellbar angeordnet ist. Diese axiale Verstellung wird von einer nicht dargestellten Verstelleinrichtung bewirkt, die hydraulisch, elektrisch, mechanisch oder in einer Kombination davon ausgebildet ist. Um eine verdrehsichere Fixierung der Arbeitsnocken 3a, 3b beziehungsweise der Nullnocken 4a, 4b zu der Nockenwelle 1 zu erreichen, kann die eigentliche Welle der Nockenwelle 1 beispielsweise als Keilwelle 11 ausgebildet sein, auf der die Arbeitsnocken 3a, 3b und Nullnocken 4a, 4b mit entsprechenden korrespondierenden Innenkeilprofilen ausgestattet, axial verschiebbar angeordnet sind. Sowohl der Arbeitsnocken 3a und der Nullnocken 4a beziehungsweise 3b und 4b weisen einen Umfangsbereich mit einem ineinander übergehenden Nullprofil 10a, 10b auf. Im Bereich dieses Nullprofils 10a, 10b ist es möglich, beispielsweise den Arbeitsnocken 3a und den Nullnocken 4a auf der Keilwelle 11 axial so zu verschieben, dass ein Wechsel des Zusammenwirkens des Pumpenelements 2a beziehungsweise von dessen Laufrolle 7a von dem Nullnocken 4a zu dem Arbeitsnocken 3a erfolgt. Da der Triebwerksraum zur Kühlung und Schmierung der in dem Triebwerksraum miteinander zusammenwirkenden Komponenten mit Kraftstoff oder einem sonstigen Schmiermittel, beispielsweise Öl, gefüllt ist, und somit ein Schmierfilm zwischen beispielsweise der Laufrolle 7a und dem Arbeitsnocken 3a beziehungsweise dem Nullnocken 4a vorhanden ist, ist eine verschleißfreie axiale Verschiebung der Nocken in Bezug zu der Laufrolle 7a ohne Weiteres möglich. Die Verstelleinrichtung ist so ausgelegt, dass eine die Verschiebung der Nocken im Bereich des Nullprofils 10a, 10b auch bei hohen Drehzahlen der Pumpe möglich ist.
-
2 zeigt eine zweite Betriebsart, bei dem beide Pumpenelemente 2a, 2b in Betrieb sind und Kraftstoff fördern. Folglich ist bei dieser Betriebsart der Arbeitsnocken 3a und der Nullnocken 4a axial nach rechts auf der Keilwelle 11 verschoben, so dass der Rollenstößel 5a mit der Laufrolle 7a mit dem Arbeitsnocken 3a genauso wie der Rollenstößel 5b mit der Laufrolle 7b mit dem Arbeitsnocken 3b zusammenwirkt. Diese Betriebsart wird beim Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine eingeschaltet, wenn eine große Menge Kraftstoff von der Pumpe in den Hochdruckspeicher gefördert werden soll. Da in dieser Betriebsart beide Pumpenelemente 2a, 2b fördern, ist dies problemlos möglich.
-
Bei der in 3 dargestellten dritten Betriebsart wirkt die Laufrolle 7a des Rollenstößels 5a mit dem Arbeitsnocken 3a zusammen, während die Laufrolle 7b des Rollenstößels 5b mit dem Nullnocken 4b zusammenwirkt. Diese dritte Betriebsart entspricht fördermengenmäßig der ersten Betriebsart, wobei im Unterschied hier das Pumpenelement 2b außer Betrieb ist. Durch das wechselweise Außerbetriebsetzen der Pumpenelemente 2a, 2b gemäß der Betriebsart 1 und der Betriebsart 3 kann die Lebensdauer der Pumpe insgesamt gesteigert werden. Da beim Teillastbetrieb der Pumpe beziehungsweise des Gesamtsystems nur eines der beiden Pumpenelemente 2a, 2b angetrieben wird, ist ein effektiverer Betrieb der Pumpe möglich, die zu einer Verringerung der aufzubringenden Antriebsleistung der Pumpe führt und damit eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine ermöglicht.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013212237 A1 [0002]
