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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich allgemein auf geschmierte Pumpen und insbesondere auf Einspritzpumpen
für Schwerdieselbrennstoff,
die Merkmale zum Verhindern einer Ausscheidung bzw. Ausfällung haben.
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Technischer
Hintergrund
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Bei einer Klasse von Flüssigkeitspumpen
definiert ein Pumpenkörper
eine Stößelbohrung,
innerhalb der sich ein Stößel bei
jedem Pumphub der Vorrichtung hin und her bewegt. Um zu verhindern,
dass der Stößel festklebt
oder sich frisst, muss oft ein Schmiermittel eingesetzt werden,
wie beispielsweise Schmieröl.
In manchen Fällen,
wie beispielsweise bei Einspritzpumpen für Schwerdieselbrennstoff kann das
Schmiermittel selbst manchmal eine Quelle für das Festkleben und das Fressen
von Stößeln sein, und
zwar aufgrund der Bildung von Ausscheidungen bzw. Ausfällungen,
wo das Schmieröl
in Kontakt mit dem Schwerdieselbrennstoff kommt. Eine solche Ausscheidung
weist den Aufbau von Kalziumcarbonat in einer Stößelbohrung auf, wo der Schwerdieselbrennstoff
nach oben auf die Seite des Stößels in Kontakt
mit dem Schmieröl
gelaufen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist darauf
gerichtet, diese und andere Probleme zu überwinden, die mit der Bildung
von Ausscheidungen in geschmierten Pumpen assoziiert sind, insbesondere
bei Einspritzpumpen für
Schwerdieselbrennstoff.
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GB 2 123 492 A offenbart eine Brennstoffeinspritzpumpe,
die einen Stößel aufweist,
der innerhalb einer Bohrung hin und her zu bewegen ist. Eine Nut ist
an dem Stößel ausgebildet,
und eine Nut ist in der Wand der Bohrung ausgebildet. Im Gebrauch
ist die letztere Nut mit einer Quelle für Schmieröl verbunden, und die erste
Nut kann mit einem Anschluss in Verbindung treten, der sich von
einer Wand der Bohrung zum Inneren der Pumpe erstreckt. An der maximalen äußeren Position
des Stößels sind
die Nuten in Verbin dung miteinander und mit dem Anschluss, so dass
ein Fluss von Schmieröl
durch die Nuten auftritt. Dieser Fluss hält an, wenn sich während der
Einwärtsbewegung
des Stößels die
Nuten in dem Stößel außer Übereinanderlage
mit dem Anschluss bewegt.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Pumpe nach Anspruch 1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung können
aus den abhängigen
Ansprüchen
gewonnen werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine geschnittene Seitenansicht einer Einspritzvorrichtung für Schwerdieselbrennstoff gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
eine geschnittene Draufsicht der Brennstoffeinspritzvorrichtung
der 1, gesehen entlang
der Schnittlinie b-b.
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3a–d sind
eine schematische Abfolge des Pumpzyklus einer Pumpe, die die Merkmale
zur Verhinderung einer Ausscheidung bzw. Abscheidung der vorliegenden
Erfindung einsetzt.
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Bester Weg
zur Ausführung
der Erfindung
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Mit Bezug auf die 1 und 2 weist
die Einspritzvorrichtung 10 für Schwerdieselbrennstoff einen
Pumpenkörper 11 auf,
der eine Stößelbohrung 12 definiert.
Ein Spülströmungsmitteleinlass 13a–c öffnet sich
an einem Ende aus dem Pumpenkörper 11 und
an seinem anderen Ende in die Stößelbohrung 12.
In ähnlicher
Weise öffnet
sich ein Spülströmungsmittelauslass 14a– c an
einem Ende aus dem Pumpenkörper 11 und
an seinem anderen Ende in die Stößelbohrung 12.
Wenn er in einem Motor eingebaut ist, ist der Spülströmungsmitteleinlassteil 13c mit
einer Quelle für
geringfügig
unter Druck gesetztes Spülströmungsmittel 26 verbunden,
und der Spülströ mungsmittelauslassteil 14c ist
mit einem Niederdruck-Sammelbehälter 27 verbunden.
Somit gibt es einen geringfügigen
Druckgradienten von dem Spülströmungsmitteleinlass 13 zum
Spülströmungsmittelauslass 14,
so dass das Strömungsmittel
zwischen den beiden fließen
wird, wenn sie in Strömungsmittelverbindung
miteinander gebracht werden. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Spülströmungsmittel
vorzugsweise destilliertes Öl,
wie beispielsweise leichter Dieselbrennstoff, Kerosin, Düsenbrennstoff
oder ähnliches.
Vorzugsweise weist das Spülströmungsmittel
gewisse Schmiereigenschaften auf, und ist ein Lösungsmittel sowohl für Motorschmieröl als auch
für Schwerdieselbrennstoff. Vorzugsweise
ist das Spülströmungsmittel
in einer offenen Schaltung bzw. einem offenen Kreislauf angeordnet,
so dass das Spülströmungsmittel
nur einmal durchläuft
und nicht rückzirkuliert
wird. In manchen Fällen
mag es wünschenswert
sein, das verwendete Spülströmungsmittel
mit dem Schwerdieselbrennstoff für
eine darauf folgende Einspritzung und Verbrennung im Motor zu vermischen.
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Der Einspritzvorrichtungspumpenkörper 11 definiert
auch einen Schwerdieselbrennstoffeinlass 15, der mit einer
Quelle für
Schwerdieselbrennstoff 28 verbunden ist, und einen Düsenauslass 16.
Ein Stößel 30 ist
in der Stößelbohrung 12 positioniert
und ist bewegbar zwischen einer zurückgezogenen Position, wie gezeigt,
und einer vorgeschobenen Position, und zwar bei jedem Pumpzyklus
der Brennstoffeinspritzvorrichtung 10. Der Stößel 30 weist
ein erstes Ende 31 auf, welches von einem zweiten Ende 32 durch
eine Seitenfläche 33 getrennt
ist. Der Stößel 30 bewegt
sich entlang der Stößelmittellinie 34 und
hat eine im allgemeinen zylindrische Form. Ein Teil des Stößels 30 benachbart
zum zweiten Ende 32 und ein Teil der Stößelbohrung 12 definieren
eine Brennstoffdruckkammer 40, die in Strömungsmittelverbindung mit
einer Düsenkammer 42 über einen
Düsenerbindungsdurchlass 41 ist.
Ein Nadelventilglied 50 ist in dem Pumpenkörper 11 positioniert
und ist bewegbar zwischen einer Einspritzposition, in der die Düsenkammer 42 zum
Düsenauslass 16 hin
offen ist, und einer geschlossenen Position, in der die Düsenkammer
42 zum Düsenauslass 16 blockiert
ist. Das Nadelventilglied 50 ist zu seiner geschlossenen
Position durch eine Nadelrückstellfeder 51 vorgespannt.
Wie bei einer herkömmlichen
Brennstofteinspritzvorrichtung tritt eine Brennstoffmenge in den
Pumpenkörper 11 ein,
wenn der Stößel 30 seinen
aufwärts
gerichteten Rückhub
ausführt,
und eine Brennstoffmenge wird aus dem Düsenauslass 16 bei
jedem abwärts gerichteten
Pumpenhub des Stößels 30 gepumpt.
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Die Brennstoffmenge, die den Düsenauslass 16 bei
jedem Pumpenhub des Stößels 30 verlässt, wird
durch die Orientierung des schraubenförmigen Brennstoftüberlaufschlitzes 36 bestimmt,
und zwar mit Bezug auf den Brennstoftüberlaufdurchlass 19. Diese
Winkelorientierung wird gesteuert durch eine Zahnstangenvorrichtung 60 zur
Brennstoffzumessung, und zwar in herkömmlicher Weise.
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Das erste Ende 31 des Stößels 30 ist
an einem Mitnehmer 21 angebracht. Der Mitnehmer 21 weist
eine Kipphebelkontaktfläche
auf, die einen Schmieröleinlass 17 definiert,
der mit einer Quelle 24 für Schmieröl verbunden ist. Um den Stößel 30 in ordnungsgemäßer Weise
geschmiert zu halten tritt das Motorschmieröl bei dem Schmieröleinlass 17 ein und
läuft um
das erste Ende 31 des Stößels 30 herum und
leckt schließlich
zurück
aus dem Pumpenkörper 11 durch
den Schmierölauslass 18,
wo es schließlich
zum Motorschmierölsumpf 25 in
herkömmlicher
Weise zurückkehrt.
Sowohl der Mitnehmer 21 als auch der Stößel 30 werden zwischen
den Einspritzereignissen durch eine Mitnehmerrückstellfeder 23 zurückgezogenen.
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Abgesehen von seinen anderen Merkmalen weist
der Stößel 30 einen
bündigen
Verbindungsring 35 auf, der den Spülströmungsmitteleinlassteil 13a mit
dem Spülströmungsmittelauslassteil 14a zweimal pro
Pumpzyklus verbindet, einmal während
des Abwärtshubes
und einmal während
des Aufwärtshubes des
Stößels 30.
Vorzugsweise haben der Spülströmungsmitteleinlassteil 13a und
der Spülströmungsmittelauslassteil 14a eine
gemeinsame Mittellinie 39, die die Stößelmittellinie 34 schneidet.
Bei dieser Orientierung ist der Strömungsmitteldurchlassweg um den
Stößel 30 auf
einer Seite des Ringes 35 ungefähr gleich dem Strömungsmittelflussdurchlass
um die andere Seite des Stößels herum.
Dies stellt sicher, dass beide Seiten des Stößels 30 in adäquater Weise jedesmal
dann gespült
werden, wenn der Spülverbindungsring 35 den
Spülströmungsmitteleinlass 13 mit dem
Spülströmungsmittelauslass 14 verbindet.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Mit Bezug auf die 3a–d beginnt
jedes Einspritzereignis damit, dass der Mitnehmen 21 nach unten
getrieben wird. Wenn der Stößel 30 nach
unten getrieben wird, wie in 3a gezeigt,
steigt der Strömungsmitteldruck
schnell in der Strömungsmitteldruckkammer 40.
Obwohl es ein relativ enges Spiel zwischen dem Stößel 30 und
der Stößelbohrung 12 gibt,
bewirkt der extreme Strömungsmitteldruck,
dass eine kleine Menge von Schwerdieselbrennstoff die Stößelbohrung
hinauf entlang der Seitenfläche
des Stößels wandert.
Zu diesem Zeitpunkt ist der Spülströmungsmitteleinlass 13 blockiert
gegenüber
dem Spülströmungsmittelauslass 14,
und zwar durch den Stößel 30.
Obwohl eine kleine Menge des wandernden Schwerdieselbrennstoffes
seinen Weg in den Spülströmungsmitteleinlass 13 und
den Spülströmungsmittelauslass 14 findet,
wird angenommen, dass der Hauptteil davon in dem Spülverbindungsring 35 angesammelt
wird.
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Für
einen kurzen Teil, wenn der Stößel 30 seinen
Abwärtshub
fortsetzt, verbindet der Spülverbindungsdurchlass 35 den
Spülströmungsmitteleinlass 13 mit
dem Spülströmungsmittelauslass 14,
wobei der Druckgradient, der zwischen dem Einlass und dem Auslass
vorhanden ist, bewirkt, dass sich eine Menge des akkumulierten Strömungsmittels
in dem Spülverbindungsring 35 nach
links in den Spülströmungsmittelauslass 14 bewegt.
Gleichzeitig tritt eine kleine Menge von frischem Spülströmungsmittel
in den Spülverbindungsring 35 ein.
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Nachdem das Einspritzereignis beendet
wurde und der Stößel den
unteren Teil seines Hubes erreicht hat, beginnt er sich unter der
Wirkung der Mitnehmer Rückstellfeder 23 nach
oben zu bewegen. Dies erzeugt einen nega tiven Druck in der Brennstoffdruckkammer 40,
um eine Brennstoffmenge für ein
darauf folgendes Einspritzereignis hinein zu ziehen. Dieser negativen
Druck bewirkt auch, dass eine kleine Menge des Schmieröls am oberen
Ende des Stößels 30 nach
unten entlang der Seitenfläche
des Stößels wandert.
Eine kleine Menge dieses wandernden Schmieröls findet dann seinen Weg in
den Spülverbindungsring 35.
Wenn der Stößel 30 seinen
nach oben gerichteten Rückhub
fortsetzt, verbindet der Spülverbindungsring
35 wiederum den Spülströmungsmitteleinlass 13 mit
dem Spülströmungsmittelauslass 14,
so dass eine kleine Menge von frischem Spülströmungsmittel in den Ring gebracht
wird, und dass eine kleine Menge von Spülströmungsmittel, die mit Schmieröl und/oder
Schwerdieselbrennstoff verunreinigt ist, weg in den Spülströmungsmittelauslass 14 getragen
wird. Somit wirkt der Spülverbindungsring 35 nicht
nur als eine Barriere zwischen dem Schmieröl oben und dem Schwerdieselbrennstoff
unten, sondern er dient auch als Mittel, durch welche die Schnittstelle
zwischen den zwei Strömungsmitteln
kontinuierlich gespült
wird, so dass verhindert werden kann, dass sich Ausscheidungen bzw.
Ausfällungen,
die ein Festkleben und Fressen bewirken könnten, in dem Gebiet zwischen
dem Stößel 30 und der
Stößelbohrung 12 bilden.
Nur eine relativ kleine Menge des verunreinigten Strömungsmittels
muss bei jedem Zyklus gespült
werden, um eine Bildung von schädlichen
Ausscheidungen zu verhindern und eine adäquate Schmierung aufrechtzuerhalten.
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Der Fachmann wird erkennen, dass
die vorliegende Erfindung potenzielle Anwendung bei nahezu irgendeiner
Art einer Pumpe findet, wo zwei unterschiedliche Strömungsmittel
vorhanden sind, und die zwei Strömungsmittel
das Potenzial haben, unerwünschte
Ausscheidungen zu erzeugen, wo sie in Kontakt kommen. Vorzugsweise
leitet die vorliegende Erfindung ein drittes Strömungsmittel in das Pumpsystem
an einer Position ein, die eine Barriere zwischen den beiden anderen
Strömungsmitteln
ist. Das dritte Strömungsmittel
ist vorzugsweise ein Lösungsmittel
für die
beiden anderen Strömungsmittel,
muss dies jedoch nicht notwendigerweise sein, und sollte periodisch
durch die Grenzgebiete gespült
werden, um die Bildung von Ausscheidungen zu verhindern, die anderenfalls
ein Festkleben und Fressen des Pumpenstößels zu verhindern. Die vorliegende
Erfindung ist vorzugsweise im Fall von Einspritzpumpen für Schwerdieselbrennstoff
anwendbar, da es bekannt ist, dass sich Kalziumcarbonatausscheidungen bilden
können,
wo der Schwerdieselbrennstoff in Kontakt mit dem Motorschmieröl kommt.
Da solche Pumpen nicht ordnungsgemäß ohne Schmierung betrieben
werden können,
und da ein gewisser Kontakt zwischen dem Schmieröl und dem Schwerdieselbrennstoff
fast unvermeidlicherweise auftreten wird, spült die vorliegende Erfindung
periodisch das Gebiet, wo die zwei Flüssigkeiten in Kontakt kommen könnten und
Ausscheidungen bilden könnten,
um ein Festkleben des Stößels und
ein Fressen zu verhindern, welches anderenfalls auftreten könnte.
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Während
die vorliegende Erfindung derart veranschaulicht wurde, dass sie
einen Spüleinlass und
einen Spülauslass
aufweist, die eine gemeinsame Mittellinie haben, die sich mit jener
Mittellinie des Stößels schneidet,
und wobei der Verbindungsdurchlass zwischen dem Einlass und dem
Auslass ein Ring ist, der an der Seitenfläche des Stößels ausgebildet ist, wird
der Fachmann erkennen, dass zahlreiche andere Anordnungen des Durchlasses
ausgeführt werden
könnten,
ohne die wesentliche Spülwirkung zu
verändern,
die von der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. In manchen Fällen könnten zwei
oder mehr Ringe in der Seitenfläche
des Stößels erwünscht sein.
Darüber
hinaus könnten
zahlreiche andere einsetzbare, jedoch schwierig herzustellende, Durchlasskombinationen
eingesetzt werden, ohne anderenfalls die Leistung der vorliegenden
Erfindung zu verändern.