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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Hochdruckpumpen
und insbesondere auf die Verringerung einer Strömungsmittelvermischung in einer
Hochdruckpumpe.
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Hintergrund
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Schmierströmungsmittel,
wie beispielsweise Öl,
wird im Allgemeinen durch eine Strömungsmittelpumpe gepumpt, um
die sich bewegenden Teile der Pumpe zu schmieren. Das Vermischen
des Schmierströmungsmittels
mit dem gepumpten Strömungsmittel
kann die Schmierfähigkeit
des Schmierströmungsmittels
unterminieren und/oder das gepumpte Strömungsmittel mit dem Schmierströmungsmittel verunreinigen.
Beispielsweise weisen viele Brennstoffsysteme eine Niederdrucktransferpumpe
auf, die Brennstoff von einem Brennstofftank zieht, und eine Hochdruckpumpe,
die den Druck des Brennstoffes vor der Einspritzung steigert. Schmierströmungsmittel,
im Allgemeinen Öl,
fließt
in der Hochdruckpumpe, um die sich bewegenden Teile zu schmieren.
Durch Nocken angetriebene sich hin- und herbewegende Kolben in Kolbenbohrungen
der Hochdruckpumpe steigern den Druck des Brennstoffes. Die Hin-
und Herbewegung des Kolbens und der Druck in der Kolbenbohrung können bewirken,
dass ein Teil des Brennstoffes zwischen dem Kolben und der Kolbenbohrung
wandert. Wenn Brennstoff aus der Kolbenbohrung und in einen Nockengehäusebereich
wandern kann, wird sich der Brennstoff direkt mit Öl vermischen,
was die Schmierqualität
des Schmieröls verringert,
was zu möglicherweise
schwerwiegenden Problemen im gesamten Schmiersystem führen kann.
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Um
die Brennstoffwanderung zwischen dem sich hin- und herbewegenden
Kolben und der Kolbenbohrung zu verringern, ist es bekannt, eine
Dichtung, wie beispielsweise einen O-Ring, zwischen der Kolbenbohrung
und dem sich hin- und herbewegenden Kolben zu positionieren. Die
Dichtung blockiert die Wanderung des Brennstoffes in das Schmierölsystem.
Jedoch können
viele Strömungsmittel
pumpende sich hin- und herbewegende Kolben vergleichsweise extremen
Druckveränderungen
unterworfen sein, wodurch die Lebensdauer und die Dichtungsfähigkeit
der Dichtungen verringert werden.
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Um
den Druck auf einer Dichtung, die ein O-Ring ist, zu entlasten,
und um weiter eine Strömungsmittelvermischung
zu verringern, wurde eine Strömungsmitteldichtung,
die im
US-Patent 5 901 686 beschrieben
wird, das am 11. Mai 1999 an Stockner u.a. erteilt wurde, für eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
ausgelegt, die einen sich hin- und herbewegenden Kolben in einer
Kolbenbohrung aufweist, die eine Druckkammer aufweist, in der Brennstoffdruck gesteigert
wird. Die Strömungsmitteldichtung
weist ein ringförmiges
Drucksammelvolumen auf, welches durch den Kolben definiert wird
und zwischen der Druckkammer und dem O-Ring positioniert ist. Ein Brennstoffeinspritzvorrichtungskörper definiert
einen Druckablassdurchlass, der zwischen dem Sammelvolumen und der
Druckkammer positioniert ist und strömungsmittelmäßig die
Kolbenbohrung mit einer Niederdruckrückleitung verbindet.
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Wenn
Brennstoff zwischen der Kolbenbohrung und dem Kolben wandert, wenn
der Kolben sich voranbewegt, um den Brennstoff in der Druckkammer
unter Druck zu setzen, wird der Druck auf den O-Ring dadurch verringert,
dass ein Teil des Brennstoffes von der Bohrung zum Druckablassdurchlass fließt, während ein
anderer Teil des Brennstoffes sich in dem Drucksammelvolumen sammelt.
Wenn das Drucksammelvolumen des sich voranbewegenden Kolbens mit
dem Druckablassdurchlass ausgerichtet ist, fällt der Druck auf dem O-Ring
stark ab, was heißt,
dass das Drucksammelvolumen auf den gleichen niedrigen Druck abfällt, wie
die Niederdruckrückleitung.
Der Druck in dem Sammelvolumen wird sich wiederum aufbauen, wenn
der Kolben sich über den
Druckablassdurchlass hinaus bewegt, bis das Einspritzereignis endet.
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Obwohl
der Druck auf dem O-Ring durch die Kombination des Drucksammelvolumens
und des Druckablassdurchlasses verringert wird, darf der Brennstoff,
der bis zur Kolbenbohrung wandert, immer noch in der Kolbenbohrung
während
des Hauptteils des Druckhubes des Kolbens wandern und sich darin
ansammeln. Nur während
der kurzen Zeit, wo das Drucksammelvolumen strömungsmittelmäßig mit
dem Druckablassdurchlass verbunden ist, kann der Brennstoff in dem
Drucksammelvolumen aus der Kolbenbohrung evakuiert werden.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere
der oben dargelegten Probleme zu überwinden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Brennstoffsystem eine
Niederdruckpumpe auf, die ein Niederdruckpumpengehäuse aufweist,
welches einen Niederdruckpumpeneinlass und einen Niederdruckpumpenauslass
definiert. Der Niederdruckpumpeneinlass ist strömungsmittelmäßig mit
einer Brennstoffquelle verbunden, und der Niederdruckpumpenauslass
ist strömungsmittelmäßig mit
einem Hochdruckpumpeneinlass verbunden, der durch ein Gehäuse einer
Hochdruckpumpe definiert wird. Das Hochdruckpumpengehäuse definiert auch
einen Hochdruckpumpenauslass, mindestens eine Kolbenbohrung und
einen Ableitungsring, der sich zu der mindestens einen Kolbenbohrung
hin öffnet.
Der Ableitungsring ist strömungsmittelmäßig mit dem
Niederdruckpumpeneinlass verbunden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist eine zusammengesetzte Pumpenanordnung
eine Niederdruckpumpe auf, die ein Niederdruckpumpengehäuse aufweist,
an dem ein Hochdruckpumpengehäuse
einer Hochdruckpumpe angebracht ist. Das Niederdruckpumpengehäuse definiert
einen Niederdruckpumpeneinlass und einen Niederdruckpumpenauslass.
Das Hochdruckpumpengehäuse
definiert einen Hochdruckpumpeneinlass, einen Hochdruckpumpenauslass, mindestens
eine Kolbenbohrung und einen Ableitungsring, der sich zu der mindestens
einen Kolbenbohrung hin öffnet.
Der Niederdruckpumpenauslass ist strömungsmittelmäßig mit
dem Hochdruckpumpenein lass verbunden, und eine Ablaufleitung verbindet
strömungsmittelmäßig den
Ableitungsring mit dem Niederdruckpumpeneinlass.
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Gemäß noch einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum
Verringern einer Strömungsmittelvermischung
vorgesehen. Ein Schmierströmungsmittel
wird zu einer Hochdruckpumpe geliefert. Ein zweites Strömungsmittel wird
von einer Strömungsmittelquelle
zur Hochdruckpumpe über
eine Niederdruckpumpe gepumpt. Der Druck des zweiten Strömungsmittels
wird in mindestens einer Kolbenbohrung der Hochdruckpumpe gesteigert.
Das Vermischen des zweiten Strömungsmittels
und des Schmierströmungsmittels
wird zumindest teilweise dadurch verringert, dass strömungsmittelmäßig ein
Ableitungsring, der sich zu der mindestens einen Kolbenbohrung hin öffnet, mit
einem Niederdruckpumpeneinlass der Niederdruckpumpe verbunden wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Brennstoffsystems gemäß der vorliegenden
Offenbarung;
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2 ist
eine Perspektivansicht einer Verbundpumpenanordnung in dem Brennstoffsystem der 1;
und
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3 ist
eine geschnittene Seitenansicht entlang der Linie A-A der Hochdruckpumpe
der Verbundpumpenanordnung der 2.
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Detaillierte Beschreibung
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Mit
Bezug auf 1 ist dort eine schematische
Veranschaulichung eines Brennstoffsystems 10 gemäß der vorliegenden
Offenbarung gezeigt. Das Brennstoffsystem 10 weist eine
Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 11 auf, die
jeweils mit einer Hochdruckbrennstoff-Rail (Druckleitung) 12 über einzelne
Verzweigungsdurchlässe 13 verbunden sind.
Die Hochdruckbrennstoff-Rail 12 wird mit Hochdruckbrennstoff
von einer Hochdruckpumpe 14 beliefert, die mit Brennstoff
auf relativ niedrigem Druck durch eine Niederdruckpumpe 15 versorgt
wird. Ein Hochdruckpumpengehäuse 17 der
Hochdruckpumpe 14 definiert einen Hoch- Hochdruckpumpenauslass 23,
der strömungsmittelmäßig mit
der Brennstoff-Common-Rail 12 (common
rail = gemeinsame Druckleitung) verbunden ist, und einen Rückleitungsauslass 54,
der strömungsmittelmäßig mit
dem Brennstofftank 19 über
eine erste Rückleitung 53 verbunden
ist. Ein Niederdruckpumpengehäuse 18 der Niederdruckpumpe 15 definiert
einen Niederdruckpumpeneinlass 26, der strömungsmittelmäßig mit dem
Brennstofftank 19 verbunden ist, der auch strömungsmittelmäßig mit
den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 11 über eine
zweite Rückleitung 20 verbunden
ist. Obwohl die vorliegende Offenbarung in Betracht zieht, dass
bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
die Hochdruckpumpe 14 und die Niederdruckpumpe 15 getrennt
voneinander in getrennten Gehäusen
angeordnet sind, können
die Niederdruckpumpe 15 und die Hochdruckpumpe 14 beide
in einer Verbundpumpenanordnung 16 vorgesehen sein. Das
Hochdruckpumpengehäuse 17 der Hochdruckpumpe 14 ist
an dem Niederdruckpumpengehäuse 18 der
Niederdruckpumpe 15 in herkömmlicher Weise angebracht,
wie beispielsweise durch Schrauben. Das Niederdruckpumpengehäuse 18 definiert
einen Niederdruckpumpenauslass 25, der strömungsmittelmäßig mit
einem Hochdruckpumpeneinlass 24 verbunden ist, der durch
das Hochdruckpumpengehäuse 17 definiert
wird. Das Hochdruckpumpengehäuse 17 definiert
auch einen Schmierströmungsmitteleinlass 27 und
einen Schmierströmungsmittelauslass 28.
Der Schmierströmungsmitteleinlass 27 und
der Schmierströmungsmittelauslass 28 sind
strömungsmittelmäßig mit
einer Schmierströmungsmittelquelle 29 verbunden,
die als ein Motorölsumpf
veranschaulicht ist, und zwar über
eine Schmiermittelversorgungsleitung 30 bzw. über eine
Schmiermittelablaufleitung 31.
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Das
Brennstoffsystem 10 wird bezüglich seines Betriebes in herkömmlicher
Weise durch ein elektronisches Steuermodul 21 gesteuert,
welches mit der Hochdruckpumpe 14 über eine Pumpenverbindungsleitung 22 verbunden
ist und mit jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 11 über (nicht
gezeigte) Verbindungsleitungen verbunden ist. Wenn es in Betrieb
ist, bestimmen Steuersignale, die von dem elektronischen Steuermodul 21 erzeugt
werden, wann und wieviel Brennstoff, der von der Hochdruckpumpe 14 verdrängt wird,
in die Common-Rail 12 gedrückt wird, genauso wie wann
und für
welche Zeitdauer (Brennstoffeinspritzmenge) die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 11 arbeiten.
Der Brennstoff, der nicht zur Brennstoff- Common-Rail 12 geliefert wird, kann
zurück
zum Brennstofftank 19 über
die erste Rückleitung 53 zurückzirkuliert
werden.
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Mit
Bezug auf 2 ist dort eine Perspektivansicht
der Verbundpumpenanordnung 16 im Brennstoffsystem 10 der 1 gezeigt.
Es sei bemerkt, dass ein Teil des Hochdruckpumpengehäuses 17 und
eine Strömungsmittelverbindungsleitung,
die den Niederdruckpumpenauslass 25 mit dem Hochdruckpumpeneinlass 24 verbinden,
von der Verbundpumpenanordnung 16 weggeschnitten worden
sind, um eine innere Struktur der Hochdruckpumpe 14 zu veranschaulichen.
Ein Umfang des Hochdruckpumpengehäuses 17 ist durch
eine gestrichelte Linie veranschaulicht. Das Niederdruckpumpengehäuse 18 definiert
eine Vielzahl von Bolzen- bzw. Schraubenbohrungen 34, durch
welche das Hochdruckpumpengehäuse 17 an
das Niederdruckpumpengehäuse 18 angeschraubt
werden kann. Das Hochdruckpumpengehäuse 17 weist zwei
Trommeln 35 auf, die jeweils teilweise eine (in 3 gezeigte)
Kolbenbohrung 33 definieren. Eine Ablaufleitung 32 verbindet
strömungsmittelmäßig zwei
Ableitungsringe 40 (in 3 gezeigt),
die sich jeweils zu einer jeweiligen Kolbenbohrung 33 öffnen, mit
dem Niederdruckpumpeneinlass 26 der Niederdruckpumpe 15.
Obwohl das veranschaulichte Ausführungsbeispiel
zwei Kolbenbohrungen aufweist, sei bemerkt, dass die Pumpe 14 irgendeine
Anzahl von Kolbenbohrungen aufweisen könnte, die sich jeweils zu einem
Ableitungsring öffnen.
Die Ablaufleitung 32 ist an dem Niederdruckpumpeneinlass 26 über eine
herkömmliche
T-Verbindung 41 angebracht. Somit verbindet die Ablaufleitung 32 strömungsmittelmäßig die
Kolbenbohrung 33, die im Allgemeinen auf hohem Druck ist,
mit Niederdruckbrennstoff, der in die Niederdruckpumpe 15 fließt, wodurch
eine Druckdifferenz erzeugt wird. Der Fachmann wird erkennen, dass
je größer die
Geschwindigkeit des Brennstoffflusses ist, desto niedriger der Druck
in dem Niederdruckpumpeneinlass 26 ist. Der Schmierströmungsmitteleinlass 27 (und
der nicht gezeigte Auslass) gestatten, dass Öl in das Hochdruckpumpengehäuse 17 hinein
und aus diesem herausfließt
und die sich bewegenden Teile schmiert.
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Mit
Bezug auf 3 ist dort eine geschnittene
Seitenansicht der Hochdruckpumpe 14 der Verbundpumpenanordnung 16 der 2 gezeigt.
Die Trommel 35, die ein Teil des Pumpengehäuses 17 ist, definiert
die Kolbenbohrung 33, in der sich ein Kolben 37 hin-
und herbewegt. Obwohl nur ein Kolben 37 in einer Kolbenbohrung 33 veranschaulicht
ist, sei bemerkt, dass beide Kolben in den Kolbenbohrungen in ähnlicher
Weise arbeiten. Der Kolben 37 und die Kolbenbohrung 33 definieren
eine Pumpkammer 36, die strömungsmittelmäßig mit
einer Hochdruckgalerie 38 und einer Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 zu
verbinden ist. Die Hochdruckgalerie 38 ist strömungsmittelmäßig mit
dem Hochdruckpumpenauslass 23 verbunden, und die Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 ist
strömungsmittelmäßig mit dem
Hochdruckpumpeneinlass 24 verbunden. Der Kolben 37 ist
angekoppelt, um sich mit einer Nocke 42 über einen
Stößel 43 in
herkömmlicher
Weise zu drehen. Die Nocke 42 dreht sich und der Mitnehmer 43 bewegt
sich in einer Nockenregion 45 hin und her, die von dem
Nockengehäuse 46 definiert
wird. Obwohl dies nicht gezeigt ist, bewegt sich ein zweiter Kolben
mit einer zweiten Nocke hin und her. Das Paar von Nocken ist betreibbar,
um zu bewirken, dass die Kolben sich außer Phase zueinander hin und
her bewegen. Die Nocken werden vorzugsweise zur Drehung direkt durch
den Motor mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die vorzugsweise
die Pumpenaktivität
mit der Brennstoffeinspritzaktivität in herkömmlicher Weise synchronisiert.
Es sei bemerkt, dass die Bewegung der Nocken, einschließlich der Nocke 42,
und des Mitnehmers 43 durch den Fluss des Schmierströmungsmittels
geschmiert werden. Somit fließt Öl in der
Nockenregion 45.
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Wenn
der Kolben 37 seinen Rückzugshub ausführt, wird
frischer Niederdruckbrennstoff von der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 über ein
Einlassrückschlagventil
und in die Pumpkammer 36 gezogen. Wenn er im Rückzugshub
ist, wird die Strömungsmittelverbindung
zwischen der Pumpkammer 36 und der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 über ein Überlaufsteuerventil 47 blockiert. Wenn
der Kolben 37 seinen Pumphub ausführt, bewegt der Druck innerhalb
der Pumpkammer 36 ein Shuttle- bzw. Wechselventilglied
des Überlaufsteuerventils 47,
um strömungsmittelmäßig die
Pumpkammer 36 mit der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 über das Überlaufsteuerventil 47 zu
verbinden. Der Brennstoff kann von der Pumpkammer 36 in die
Niederdruckgalerie 39 über
das Überlaufsteuerventil 47 verdrängt werden.
Das Überlaufsteuerventil 47 weist
eine elektrische Betätigungsvorrichtung
auf, welche aktiviert werden kann, um das Überlaufsteuerventil 47 während des
Pumphubes zu schließen, um
die Ausgabe aus der Pumpkammer 36 zu steuern. Wenn das Überlaufsteuerventil 47 geschlossen ist,
wird der Brennstoff in der Pumpkammer 36 über das
Rückschlagventil
in die Hochdruckgalerie 38 und in die Hochdruck-Common-Rail 12 gedrückt werden. Der
Fachmann wird erkennen, dass der Zeitpunkt, zu dem die elektrische
Betätigungsvorrichtung
erregt wird, bestimmt, welcher Anteil der Brennstoffmenge, die durch
die Kolbenwirkung verdrängt
wird, in die Hochdruckgalerie 38 gedrückt wird, und welcher andere
Anteil zurück
in die Niederdruckgalerie 39 verdrängt wird. Weil die Kolben sich
außer
Phase zueinander hin- und herbewegen und weil die Pumpkammer 36 nur
mit der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 über das Überlaufsteuerventil 47 während des
Pumphubes verbunden ist, können
die Pumpkammern 36 gemeinsam ein Überlaufsteuerventil 47 verwenden.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Offenbarung die Anwendung bei
verschiedenen Hochdruckpumpen in Betracht zieht, was Pumpen mit
einschließt,
die die Pumpenausgabe in anderer Weise variieren als veranschaulicht,
und auch Pumpen, die keine Fähigkeiten
zum variablen Auslass haben.
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Der
Ableitungsring 40 öffnet
sich zur Kolbenbohrung 33 und ist strömungsmittelmäßig mit
der Ablaufleitung 32 über
eine Ablaufgalerie 48 verbunden, die durch das Hochdruckpumpengehäuse 17 definiert
wird. Die Trommel 35 definiert vorzugsweise eine Dichtungsnut 50,
in der eine Dichtung 51 positioniert sein kann. Die Dichtung 51 kann
ein O-Ring, ein Glyd-Ring oder eine äquivalente Ausführung sein,
wie in der Technik bekannt. Die Dichtungsnut 50 ist entlang
der Kolbenbohrung 33 zwischen dem Ableitungsring 40 und
der Nockenregion 45 positioniert. Wenn sich der Kolben 37 hin
und her bewegt, kann Brennstoff, der zwischen dem Kolben 37 und
der Kolbenbohrung 33 wandert, in den Ableitungsring 40 und
die Ablaufgalerie 48 gezogen werden. Weil die Kolbenbohrung 33 auf
einem höheren
Druck ist als der Niederdruckpumpeneinlass 26, wird der
wandernde Brennstoff zum Niederdruckeinlass 26 gezogen,
bevor er die Nockenregion 45 erreicht, in der das Öl zirkuliert
wird. Irgendwelcher Brennstoff, der nicht in den Ableitungsring 40 gezogen
wird, kann von der Nockenregion 45 durch die Dichtung 51 abgedichtet
werden.
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Das
Hochdruckpumpengehäuse 17 definiert auch
eine Abriebmulde 49, die strömungsmittelmäßig mit
der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 verbunden
ist. Die Abriebmulde 49 ist ein Hohlraum, der durch die
Trommel 35 definiert wird, der sich unter dem unteren Füllanschluss 52 erstreckt, der
mit der Pumpkammer 36 verbunden ist. Somit kann die Schwerkraft
Abrieb, der schwerer als der Brennstoff ist, der in den unteren
Füllanschluss 52 eintritt,
in die Abriebmulde 49 ziehen, anstatt dass dieser in die
Pumpkammer 36 eintritt. Vorzugsweise weist die vorliegende
Offenbarung eine Abriebmulde für
jede Kolbenbohrung auf.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Mit
Bezug auf die 1–3 wird ein
Verfahren zur Verringerung der Vermischung von Brennstoff in der
Hochdruckpumpe 14 der Verbundpumpenanordnung 16 besprochen.
Obwohl der Betrieb der vorliegenden Offenbarung für das Brennstoffsystem 10 besprochen
wird, sei bemerkt, dass die vorliegende Offenbarung in ähnlicher
Weise mit irgendeinem Brennstoffsystem arbeiten kann, welches eine Niederdruckströmungsmittelpumpe
und eine Hochdruckströmungsmittelpumpe
aufweist. Darüber
hinaus müssen
die Niederdruckpumpe und die Hochdruckpumpe nicht Teil einer Verbundpumpe
sein, wie veranschaulicht. Obwohl die vorliegende Offenbarung für eine Kolbenbohrung 33 besprochen
wird, sei weiterhin bemerkt, dass die vorliegende Offenbarung in ähnlicher
Weise für
beide Kolbenbohrungen arbeitet.
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Schmierströmungsmittel,
welches in der vorliegenden Offenbarung als Öl veranschaulicht ist, wird
zur Hochdruckpumpe 14 von der Schmierströmungsmittelquelle 29 über die
Schmierströmungsmittelversorgungsleitung 30 geliefert.
Das Öl
wird im Allgemeinen aus der Quelle 29 über eine (nicht gezeigte) Pumpe
gezogen und wird durch die Hohlräume
der Hochdruckpumpe 14 zirkuliert, was die Nockenregion 45 mit
einschließt,
die von dem Nockengehäuse 46 definiert
wird. Das Öl
wird die sich bewegende Nocke 42 und den Mitnehmer 43 schmieren. Es
ist unwahrscheinlich, jedoch möglich,
dass eine begrenzte Menge an Öl über die
Dichtung 51 zwischen den Kolben 37 und die Kolbenbohrung 33 wandert.
Das Öl
kann zur Schmierströmungsmittelquelle 29 über die
Schmiermittelrückleitung 31 zurückkehren.
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Ein
zweites Strömungsmittel,
welches Brennstoff ist, wird vom Brennstofftank 19 zur
Hochdruckpumpe 14 über
die Niederdruckpumpe 15 gepumpt. Es sei bemerkt, dass,
obwohl das Hochdruckpumpengehäuse 17 an
dem Niederdruckpumpengehäuse 18 angebracht
ist, die vorliegende Offenbarung in Betracht zieht, dass die zwei
Pumpen getrennt und voneinander gelöst sind. Der Brennstoff wird
von dem Niederdruckpumpenauslass 25 zum Hochdruckpumpeneinlass 24 und
in die Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 der Hochdruckpumpe 14 fließen, bis
er in die Pumpkammer 36 gezogen wird, um unter Druck gesetzt
zu werden.
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Der
Druck des Brennstoffes wird in der Pumpkammer 36 in der
Kolbenbohrung 33 der Hochdruckpumpe 14 gesteigert.
Obwohl die vorliegende Offenbarung nur für einen Kolben 37 in
der Kolbenbohrung 33 besprochen wird, sei bemerkt, dass
der zweite Kolben in ähnlicher
Weise wie der Kolben 37 arbeitet, außer dass sich die Kolben außer Phase
zueinander hin und her bewegen. Darüber hinaus sei bemerkt, dass
die vorliegende Offenbarung mit einer Pumpe mit irgendeiner Anzahl
von Kolbenbohrungen verwendet werden könnte, was eine Kolbenbohrung mit
einschließt.
Wenn der Kolben 37 seinen Rückzugshub ausführt, wird
Brennstoff in die Pumpkammer 36 über die Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 gezogen.
Weil das Überlaufsteuerventil 47 nicht
strömungsmittelmäßig die
Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 mit der Pumpkammer 36 verbindet,
während
sich der Kolben 37 zurückzieht, wird
der Brennstoff in die Pumpkammer 36 über das Einlassrückschlagventil
und den unteren Füllanschluss 52 fließen. Unter
dem unteren Füllanschluss 52 und
strömungsmittelmäßig mit
der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 verbunden
ist die Abriebmulde 49 positioniert. Die Abriebmulde 49 ist ein
Hohlraum, der Abrieb aus dem Brennstoff in der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 sammeln
kann, bevor dieser in den unteren Füllanschluss 52 fließt. Aufgrund
der Schwerkraft wird der Abrieb sich vom Brennstoff lösen und
in der Abriebmulde 49 sammeln, während der Brennstoff in die
Pumpkammer 36 über
den unteren Füllanschluss 52 gezogen wird.
Weil der Abrieb vom Brennstoff getrennt ist, kann der Abrieb nicht
mit der Bewegung des Kolbens 37 in Gegenwirkung treten
und ein Fressen der Pumpe bewirken.
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Wenn
der Kolben 37 seinen Pumphub ausführt, wird die Pumpkammer 36 strömungsmittelmäßig mit
der Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 über das Überlaufsteuerventil 47 verbunden
werden. Der vorlaufende Kolben 37 wird den Brennstoff in
die Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 drücken. Wenn
Hochdruckbrennstoff aus der Pumpe 14 ausgegeben werden
soll, wird die elektrische Betätigungsvorrichtung
des Überlaufventils 47 aktiviert, wodurch
der Fluss des Brennstoffes zur Niederdruckbrennstoffversorgungsgalerie 39 blockiert
wird und der unter Druck gesetzte Brennstoff dazu gezwungen wird, über das
Rückschlagventil
und in die Hochdruckgalerie 38 zu fließen. Wenn der Kolben 37 sich voran
bewegt, kann der gesteigerte Druck in der Pumpkammer 36 bewirken,
dass ein Teil des Brennstoffes zwischen dem Kolben 37 und
den Seiten der Kolbenbohrung 33 wandert. Die Rückzugsbewegung des
Kolbens 37 kann auch einen Teil des Brennstoffes zwischen
den Kolben 37 und die Kolbenbohrung 33 ziehen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung das Überlaufsteuerventil 47 aufweist,
um die Brennstoffausgabe aus der Pumpe 14 zu steuern, sei
bemerkt, dass die vorliegende Offenbarung die Anwendung bei Pumpen
ohne Überlaufsteuerventile
und/oder ohne die Fähigkeit
zur variablen Ausgabe in Betracht zieht.
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Die
Vermischung des Brennstoffes mit dem Öl wird zumindest teilweise
dadurch verringert, dass der Ableitungsring 40 strömungsmittelmäßig mit
dem Niederdruckeinlass 26 der Niederdruckpumpe 15 verbunden
wird. Wenn der Brennstoff die Kolbenbohrung 33 und den
Kolben 37 hinunter wandert, wird der Brennstoff den Ableitungsring 40 erreichen.
Die Druckdifferenz zwischen der Kolbenbohrung 37 und dem
Niederdruckbrennstoff, der in den Niederdruckpumpeneinlass 26 fließt, wird
das Strömungsmittel aus
dem Ableitungsring 40 zum Niederdruckpumpeeinlass 26 über die
Ablaufgalerie 48 und die Ablaufleitung 32 ziehen.
Weil die Ablaufleitung 32 strömungsmittelmäßig mit
dem Niederdruckeinlass 26 über die T-Verbindung 41 verbunden ist,
ist die Ablaufleitung 32 strömungsmittelmäßig mit
dem Fluss des Niederdruckbrennstoffes aus dem Brennstofftank 29 zur
Niederdruckpumpe 15 verbunden. Somit kann die T-Verbindung 41 weiter
die Druckdiffe renz steigern, die das Evakuieren des Ableitungsrings 40 bewirkt.
Falls irgendwelcher Brennstoff nicht durch den Ableitungsring 40 evakuiert
bzw. abgezogen wird, sondern vielmehr weiter in der Kolbenbohrung 33 nach
unten wandert, kann die Dichtung 51 den Brennstoff in der
Kolbenbohrung 33 gegenüber
dem Öl
in der Nockenregion 45 abdichten. In ähnlicher Weise kann die Dichtung 51 das Öl, welches
in die Kolbenbohrung 33 durch die Hin- und Herbewegung des
Kolbens 37 gezogen wird, gegen eine Vermischung mit dem
Brennstoff abdichten. Wenn ein Teil des Öls über die Dichtung 51 wandert,
wird das Öl
in den Ableitungsring 40 gezogen und durch die Pumpen 14 und 15 zurückzirkuliert,
wird zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 11 weiter
geleitet und mit dem anderen Brennstoff verbrannt. Der Fachmann wird
erkennen, dass Brennstoff innerhalb des Schmierströmungsmittelsystems
viel weniger wünschenswert
ist als eine kleine Menge an Öl
im Brennstoffsystem 10. Brennstoff im Öl kann die Schmierfähigkeit
unterminieren und kann einen Schaden an den sich bewegenden Teilen
bewirken, die geschmiert werden sollen.
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Die
vorliegende Offenbarung ist vorteilhaft, weil sie das Risiko einer
Vermischung von Strömungsmitteln
aufgrund der Wanderung von Brennstoff in das Öl verringert, und auch den
Abrieb in der Kolbenbohrung 33. Um die Vermischung des
Brennstoffes und des Öls
zu verringern, verwendet die vorliegende Offenbarung die Druckdifferenz
zwischen dem Niederdruckströmungsmittel,
welches in dem Niederdruckpumpeneinlass 26 fließt und dem
Druck innerhalb des Ableitungsrings 40, um kontinuierlich den
Brennstoff aus dem Ableitungsring 40 zu ziehen. Weil der
Druck innerhalb der Kolbenbohrung 33 im Allgemeinen auf
einem höheren
Druck bleibt als der Druck des Niederdruckpumpeneinlasses 26,
werden der Brennstoff und das Öl,
die in den Ableitungsring 40 wandern, kontinuierlich durch
die Ablaufleitung 32 evakuiert bzw. abgesaugt, anstatt
die Kolbenbohrung 33 hinunter und in das Öl innerhalb
der Nockenregion 45 zu wandern. Die T-Verbindung zwischen
der Ablaufleitung 32 und dem Niederdruckpumpeneinlass 26 kann
weiter die Druckdifferenz steigern und somit die Ansaugwirkung,
die den Brennstoff weg von der Kolbenbohrung 33 saugt.
Zusätzlich
ist die Dichtung 51 ein Zusatzschutz dagegen, dass sich
Brennstoff mit Öl
mischt, und zwar dadurch, dass sie die Kolbenbohrung 33 von
der Nockenregion 45 abdichtet, und umgekehrt. Weil die
Vermischung von Brennstoff und Öl
verringert wird, können
die Pumpe 14 und andere Motorkomponenten ausreichend durch
das Öl
geschmiert werden, was zu längerer
Lebensdauer und einem effizienteren Betrieb führt.
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Die
vorliegende Offenbarung ist auch vorteilhaft, weil die Hochdruckpumpe 14 beständiger gegen Abrieb
ist, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Abrieb bzw.
Schmutz im Brennstoff in die Pumpkammer 36 eintritt, verringert
wird. Die Schwerkraft kann verwendet werden, um den Abrieb vom Brennstoff
zu trennen, bevor der Brennstoff in die Pumpkammer 36 fließt. Das
Gewicht des Abriebs wird bewirken, dass der Abrieb sich in der Abriebmulde 49 sammelt,
während
der Brennstoff in die Pumpkammer 36 über den unteren Brennstoffanschluss 52 fließt. Weil
der Abrieb abgeschieden wird, bevor er in die Pumpkammer 36 eintritt,
wird das Risiko reduziert, dass Abrieb mit der Hin- und Herbewegung
des Kolbens 37 in Gegenwirkung tritt, wodurch die Fähigkeit
der Pumpe 14 zur ordnungsgemäßen Funktion gesteigert wird.
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Es
sei bemerkt, dass die obige Beschreibung nur zu Veranschaulichungszwecken
vorgesehen ist und nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung in irgendeiner
Weise einschränken
soll. Der Fachmann wird somit erkennen, dass andere Aspekte, Ziele
und Vorteile der Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen, der
Offenbarung und der beigefügten
Ansprüche
gewonnen werden können.
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Zusammenfassung
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Die
Vermischung eines Schmierströmungsmittels
und eines gepumpten Strömungsmittels
in einer Pumpe kann die Schmierfähigkeit
des Schmierströmungsmittels
unterminieren und/oder das gepumpte Strömungsmittel (beispielsweise
Brennstoff) mit Schmierströmungsmittel
verunreinigen. Um die Vermischung von Strömungsmitteln in einer Hochdruckpumpe
der vorliegenden Offenbarung zu verringern, wird ein Schmierströmungsmittel
zur Hochdruckpumpe geliefert. Eine Niederdruckpumpe liefert ein
zweites Strömungsmittel
zur Hochdruckpumpe. Der Druck des zweiten Strömungsmittels wird in mindestens
einer Kolbenbohrung der Hochdruckpumpe gesteigert. Die Vermischung
des Schmierströmungsmittels
und des zweiten Strömungsmittels
wird verringert, indem man strömungsmittelmäßig einen
Ableitungsring, der zu der mindestens einen Kolbenbohrung hin offen
ist, mit einem Niederdruckpumpeneinlass der Niederdruckpumpe verbindet.