DE102019116353B4

DE102019116353B4 - Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE102019116353B4
Application number: DE102019116353.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Meier; Markus König
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-12-24
Anticipated expiration: 2039-06-18
Also published as: FI20205596A1; DE102019116353A1; KR20200144059A; JP7479950B2; CN112096551A; JP2020204327A; CN112096551B

Abstract

Kraftstoffpumpe (20), insbesondere Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common-Rail-Kraftstoffsystems, mit einem Pumpenzylinder (21), mit einem in einer Ausnehmung (23) des Pumpenzylinders (21) bewegbar gelagerten Pumpenkolben (22), der von einem Nocken (24) gesteuert auf und ab bewegbar ist, und mit im Bereich der Ausnehmung (23) in den Pumpenzylinder (21) eingebrachten Nuten. Eine erste Nut (25), die von dem Nocken (24) den größten Abstand aufweist, ist mit einem Kraftstoffrücklauf (28) gekoppelt. Eine zweite Nut (26), die von dem Nocken (24) den kleinsten Abstand aufweist, ist mit einer Leckageleitung (29) gekoppelt. Eine dritte Nut (27), die zwischen der ersten Nut (25) und der zweiten Nut (26) positioniert ist, ist mit einem Kraftstoffzulauf (30) gekoppelt.

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.
1 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Kraftstoffpumpe 10, wobei die Kraftstoffpumpe 10 einen Pumpenzylinder 11 und einen Pumpenkolben 12 umfasst. Der Pumpenkolben 12 ist in einer Ausnehmung 13 des Pumpenzylinders 11 auf und ab bewegbar geführt, wobei die Auf- und Abbewegung des Pumpenkolbens 12 im Pumpenzylinder 11 durch einen Nocken 14 gesteuert wird. Dann, wenn in 1 der Pumpenkolben 12 durch den Nocken 14 in der Ausnehmung 13 nach oben bewegt wird, erfolgt eine Kompression des Kraftstoffs. In der entgegengesetzten Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens 12 liegt eine Saugphase der Kraftstoffpumpe 10 vor.
Im gezeigten Stand der Technik, wie er beispielsweise auch in der JP2005 - 042735 A offenbart ist, sind in den Pumpenzylinder 11 Nuten 15 und 16 eingebracht. Eine erste, obere Nut 15 ist dabei nach dem Stand der Technik mit einem Kraftstoffzulauf 17 gekoppelt, in welchem ein Kraftstoffzulaufdruck herrscht. Eine zweite, untere Nut 16 ist über eine Leckageleitung 18 an einen Leckagetank gekoppelt, in welchem typischerweise Umgebungsdruck herrscht.
Während der Kompression des Kraftstoffs, während also der Zylinderkolben 12 in der Ausnehmung 13 nach oben bewegt wird, gelangt ein Teil des komprimierten Kraftstoffs als Verlust, der als interne Leckage bezeichnet wird, in die obere, erste Nut 15 und wird so in den Kraftstoffzulauf 17 gedrückt. Während der Saugphase der Kraftstoffpumpe 10 wird Kraftstoff aus der ersten, oberen Nut 15 angesaugt, wobei hierbei dann zum Teil auch derjenige Kraftstoff angesaugt wird, der zuvor während der Kompression als interne Leckage in den Kraftstoffzulauf 17 gedrückt wurde. Mit zunehmend höheren Drücken von Kraftstoffpumpen 10 steigt die Temperatur des Kraftstoffs der internen Leckage, sodass demnach während der Saugphase relativ heißer Kraftstoff angesaugt wird. Unter Umständen kann die Kraftstoffpumpe 10 überhitzen, wodurch Schäden an der Kraftstoffpumpe 10 verursacht werden.
Es besteht Bedarf an einer Kraftstoffpumpe, die einer geringen Gefahr einer überhitzungsbedingten Beschädigung ausgesetzt ist, und zwar auch dann, wenn dieselbe hohe Kraftstoffdrücke bereitstellt. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Kraftstoffpumpe zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffpumpe gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine erste Nut, die von dem Nocken den größten Abstand aufweist, ist mit einem Kraftstoffrücklauf gekoppelt. Eine zweite Nut, die von dem Nocken den kleinsten Abstand aufweist, ist mit einer Leckageleitung gekoppelt. Eine dritte Nut, die zwischen der ersten Nut und der zweite Nut positioniert ist, ist mit einem Kraftstoffzulauf gekoppelt.
Bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe ist die erste, obere Nut nicht mit dem Kraftstoffzulauf sondern vielmehr mit dem Kraftstoffrücklauf gekoppelt. Zwischen der ersten, oberen Nut und der zweiten, unteren Nut ist die dritte Nut vorgesehen, die mit dem Kraftstoffzulauf gekoppelt ist. Während der Kompression wird ein Teil des komprimierten Kraftstoffs als interne Leckage nunmehr in den Kraftstoffrücklauf gedrückt und abgeführt. Während der Saugphase wird Kraftstoff aus der dritten Nut angesaugt und während der anschließenden Kompression auch in die erste Nut gespült, sodass eine kontinuierliche Wärmeabfuhr von der Kraftstoffpumpe möglich ist. Selbst bei hohen Kraftstoffdrücken besteht so keine Gefahr mehr, dass die Pumpe überhitzt.
Vorzugsweise weist die dritte Nut von der ersten Nut einen geringeren Abstand auf als von der zweiten Nut. Dies ist für die kontinuierliche Wärmeabfuhr besonders bevorzugt.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine vierte Nut zusammen mit der ersten Nut mit einem Kraftstoffrücklauf gekoppelt, wobei die vierte Nut zwischen der dritten Nut und der zweiten Nut positioniert ist. Mit dieser vorteilhaften Weiterbildung kann die Wärmeabfuhr von der Kraftstoffpumpe weiter verbessert werden. In der Saugphase der Kraftstoffpumpe kann Kraftstoff aus der dritten Nut in die vierte Nut gespült werden. Es ist möglich, einen radialen Spalt zwischen der dritten Nut und der vierten Nut relativ groß zu gestalten, wodurch die Spül- und Kühlmenge an Kraftstoff in der Saugphase vergrößert werden kann.
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 Kraftstoffpumpe nach dem Stand der Technik,
2: einen schematischen Querschnitt durch eine erste erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe,
3: einen schematischen Querschnitt durch eine zweite erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe.

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe, insbesondere eine Hochdruckkraftstoffpumpe eines Common-Rail-Kraftstoffsystems einer Brennkraftmaschine wie einer Schiffsbrennkraftmaschine.
2 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 20. Die Kraftstoffpumpe 20 der 2 umfasst wiederum einen Pumpenzylinder 21 und einen Pumpenkolben 22, wobei der Pumpenkolben 22 in einer Ausnehmung 23 des Pumpenzylinders 21 über einen Nocken 24 auf und ab bewegbar geführt ist.
In den Pumpenzylinder 21 sind im Bereich der Ausnehmung 23 mehrere Nuten eingebracht. So sind im Ausführungsbeispiel der 2 in den Pumpenzylinder 21 im Bereich der Ausnehmung 23 drei Nuten 25, 26 und 27 eingebracht. Eine erste, obere Nut 25, die von dem Nocken 24 den größten Abstand aufweist, ist mit einem Kraftstoffrücklauf 28 gekoppelt. Eine zweite, untere Nut 26, die vom Nocken 24 den kleinsten Abstand aufweist, ist über eine Leckageleitung 29 mit einem Leckagetank gekoppelt. Eine dritte Nut 27, die zwischen der ersten Nut 25 und der zweiten Nut 26 positioniert ist, ist mit einem Kraftstoffzulauf 30 gekoppelt. In dem Kraftstoffrücklauf 28 herrscht ein Kraftstoffrücklaufdruck, der kleiner ist als ein im Kraftstoffzulauf 30 herrschender Kraftstoffzulaufdruck.
Der Kraftstoffrücklaufdruck kann in der Größenordnung von 6 bar und der Kraftstoffzulaufdruck in der Größenordnung von 11 bar liegen. Diese Werte sind rein exemplarischer Natur. Die erste, obere Nut 25 ist demnach an ein geringeres Druckniveau gekoppelt als die dritte Nut 27. Die zweite, untere Nut 26 ist an das geringste Druckniveau gekoppelt, nämlich an das Druckniveau des Leckagetanks, in welchem vorzugsweise Umgebungsdruck herrscht.
Während einer Kompression von Kraftstoff wird ein Teil des komprimierten Kraftstoffs als Verlust bzw. sogenannte interne Leckage in die erste, obere Nut 25 und damit in den Kraftstoffrücklauf 28 gedrückt. Aufgrund des hohen Verdichtungsdrucks, der mehr als 2000 bar betragen kann, ist dieser Kraftstoff relativ heiß.
In einer nachfolgenden Saugphase der Kraftstoffpumpe 20 wird Kraftstoff aus der dritten Nut 27 angesaugt und auch in die erste Nut 25 gespült, sodass eine kontinuierliche Wärmeabfuhr des heißen Kraftstoffs von der Kraftstoffpumpe 20 in den Kraftstoffrücklauf 28 gewährleistet ist.
Es ist eine effektive Wärmeabfuhr von der Kraftstoffpumpe 20 möglich. Auch ist eine Schmierung, Spülung und Kühlung des Pumpenkolbens 22 möglich.
Wie 2 entnommen werden kann, weist die dritte Nut 27 von der ersten, oberen Nut 25 einen geringeren Abstand auf als von der zweiten, unteren Nut 26.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Kraftstoffpumpe der 2 ist in 3 gezeigt. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen werden für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet und nachfolgend nur auf solche Details eingegangen, durch die sich die Kraftstoffpumpe 20 der 3 von der Kraftstoffpumpe 20 der 2 unterscheidet.
Zusätzlich zu den oben erwähnten ersten, zweiten und dritten Nuten 25, 26 und 27 verfügt die Kraftstoffpumpe 20 der 3 über eine zusätzliche vierte Nut 31, die zusammen mit der ersten Nut 25 an den Kraftstoffrücklauf 28 gekoppelt ist. Diese vierte Nut 31 ist dabei zwischen der zweiten Nut 26 und der dritten Nut 27 positioniert.
Während der Kompression des Kraftstoffs wird bei der Kraftstoffpumpe 20 der 3 ein Teil des komprimierten Kraftstoffs als Verlust bzw. interne Leckage in die erste Nut 25 und so in den Kraftstoffrücklauf 28 gedrückt. In der Saugphase der Pumpe 20 der 3 wird Kraftstoff aus der dritten Nut 27 und demnach aus dem Kraftstoffzulauf 30 angesaugt und während der anschließenden Kompression wiederum auch in die erste Nut 25 gedrückt, sodass wiederum eine kontinuierliche Wärmeabfuhr von der Pumpe möglich ist.
Gleichzeitig wird in der Saugphase der Kraftstoffpumpe 20 der 3 Kraftstoff, welcher über die dritte Nut 27 aus dem Kraftstoffzulauf 30 angesaugt wird, auch in die vierte Nut 31 und damit über die vierte Nut 31 wiederum in den Kraftstoffrücklauf gespült. Dabei kann zwischen der dritten Nut 27 und der vierten Nut 31 ein radialer Spalt zwischen dem Pumpenkolben 22 und dem Pumpenzylinder 21 vergrößert werden, wodurch eine effektive Schmierung, Spülung und Kühlung des Pumpenkolbens 22 während der Saugphase möglich ist.
Bezugszeichenliste

10: Kraftstoffpumpe
11: Pumpenzylinder
12: Pumpenkolben
13: Ausnehmung
14: Nocken
15: Nut
16: Nut
17: Kraftstoffzulauf
18: Leckageleitung
20: Kraftstoffpumpe
21: Pumpenzylinder
22: Pumpenkolben
23: Ausnehmung
24: Nocken
25: Nut
26: Nut
27: Nut
27: Kraftstoffrücklauf
29: Leckageleitung
30: Kraftstoffzulauf
31: Nut

Claims

Kraftstoffpumpe (20), insbesondere Hochdruckkraftstoffpumpe eines Comm on-Rail-Kraftstoffsystems, mit einem Pumpenzylinder (21), mit einem in einer Ausnehmung (23) des Pumpenzylinders (21) bewegbar gelagerten Pumpenkolben (22), der von einem Nocken (24) gesteuert auf und ab bewegbar ist, mit im Bereich der Ausnehmung (23) in den Pumpenzylinder (21) eingebrachten Nuten, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Nut (25), die von dem Nocken (24) den größten Abstand aufweist, mit einem Kraftstoffrücklauf (28) gekoppelt ist, eine zweite Nut (26), die von dem Nocken (24) den kleinsten Abstand aufweist, mit einer Leckageleitung (29) gekoppelt ist, eine dritte Nut (27), die zwischen der ersten Nut (25) und der zweiten Nut (26) positioniert ist, mit einem Kraftstoffzulauf (30) gekoppelt ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Nut (27) von der ersten Nut (25) einen geringeren Abstand aufweist als von der zweiten Nut (26).
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kraftstoffrücklauf (28) ein Kraftstoffrücklaufdruck herrscht, und dass in dem Kraftstoffzulauf (30) ein Kraftstoffzulaufdruck herrscht, der größer als der Kraftstoffrücklaufdruck ist.
Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Nut (31) zusammen mit der ersten Nut (25) mit dem Kraftstoffrücklauf (28) gekoppelt ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Nut (31) zwischen der dritten Nut (27) und der zweiten Nut (26) positioniert ist.