DK173815B1 - Hydraulisk aktiveret brændselspumpe til en forbrændingsmotor - Google Patents

Description

DK 173815 B1 i

Opfindelsen angår en hydraulisk aktiveret brændselspumpe til en forbrændingsmotor, navnlig en totakts dieselmotor, omfattende et pumpestempel, der er længdeforskydelig i en pumpecylinder og har en forreste 5 endeflade, der sammen med pumpecylinderen afgrænser et pumpekammer, og et aktuatorstempel, der er beliggende i forlængelse af pumpestemplet og er længdeforskydelig i en aktuatorcylinder samt har en i et trykkammer beliggende stempelflade, som vender bort fra pumpe-10 stemplet og har væsentlig større areal end pumpestemplets tværsnitsareal, hvor pumpestemplet er løst i forhold til aktuatorstemplet, og hvor mindst en brændsel s indstrømningskanal med en kontraventil udmunder i' pumpekammeret, og mindst en brændselsudstrømningskanal 15 fører fra pumpekammeret til mindst en afgangsport.

Fra ansøgerens danske patent nr. 151145 kendes en brændselspumpe, hvis leveringsmængde styres ved hjælp af drejning af pumpestemplet, og hvor pumpestemplet er forbundet med aktuatorstemplet. Efter et afsluttet 20 leveringsslag kan pumpestemplet trækkes tilbage af aktuatorstemplet under samtidig genfyldning af pumpekammeret ved hjælp af en trykfjeder, der presser aktuatorstemplet baglæns. Pumpen har kompliceret udformning med mange separate dele, hvoraf mange skal 25 bearbejdes med stor præcision for at pumpestemplet og aktuatorstemplet fungerer korrekt.

Fra gammel tid kendes en hydraulisk aktiveret brændselspumpe (ansøgerens danske patent nr. 41046 fra 1928) , hvor der som hydraulisk væske anvendes brændsel, 30 og hvor pumpens leveringsmængde i en udførelsesform fødes fra en kamstyret doseringspumpe og i en anden udførelsesform bestemmes af en kamstyret styreventil, der hverken giver en entydig udgangsstilling for pumpestemplet eller en entydig leveringsmængde, fordi 35 kamakseldrivningen af styreventilen medfører, at den reagerer forskelligt alt efter det øjeblikkelige omdrejningstal på motoren, idet den ved højt omdrej- DK 173815 B1 2 ningstal tildeles en større energimængde end ved lavt omdrejningstal. Fyldningen af pumpekammeret sker enten ved hjælp af det hydrauliske tryk eller ved indsugning som følge af, at en fjeder trykker aktuatorstemplet og 5 dermed pumpestemplet tilbage.

Fra US patent nr. 3,516,395 kendes en brændselspumpe, hvor pumpens fyldning styres med en elektroven-til og aktiveringen af indsprøjtningen styres af en anden ventil, der er synkroniseret med krumtapakslens 10 drejebevægelse. Brændslet anvendes som hydraulisk drivvæske.

Det har mange år været udelukket at anvende brændslet på store dieselmotorer som hydraulisk væske,· fordi brændslets egenskaber gør det uegnet til hydrau-15 liske formål. Det typiske brændsel er svær brændolie, der kræver forvarmning og indeholder aggressive og abressive stoffer. I de allernyeste motorer kan anvendes væskeformig gas som brændsel, men det er også uegnet som hydraulisk væske som følge af eksplosions-20 risiko og risiko for isdannelser ved afkøling.

I de kendte hydraulisk drevne pumper fra nyere tid holdes brændslet helt adskilt fra den hydrauliske væske, og disse pumper foretager brændselsdoseringen ved drejning af pumpestemplet, så beliggenheden af en 25 skrå afskæringskant ændres i forhold til et afskæringshul i pumpecylinderens sidevæg. Udover førstnævnte danske patent kan US-A 4 907 555 nævnes som eksempel på sådanne pumper. Styreventilen for tilførslen af højtryks hydraulisk væske kan her være enten kamaktiveret 30 eller elektronisk aktiveret. Endvidere kendes fra ansøgerens danske patent 170121 en elektronisk aktiveret styreventil til en hydraulisk drevet brændselspumpe, hvor styreventilen er præcis og hurtigt virkende.

Den foreliggende opfindelse har til formål at 35 forenkle den hydraulisk aktiverede brændselspumpe med hensyn til udformning, drift og vedligehold samt at give den stor driftssikkerhed.

DK 173815 B1 3

Med henblik herpå er brændselspumpen ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at pumpecylinderen og aktuatorcylinderen er separate enheder, der er indbyrdes separeret af et ringformet afstandsgivende 5 mellemstykke, at aktuatorcylinderen er en ringformet enhed med en aksialt gennemgående cylinderboring, som med aktuatorcylinderen monteret på oversiden af en fordelerblok ligger i umiddelbar forlængelse af en afgangsport i fordelerblokkens overside, hvorved trykkam-10 meret er radialt afgrænset af aktuatorcylinderen og aksialt afgrænset af henholdsvis aktuatorstemplets stempelflade og oversiden af fordelerblokken.

De to cylindre er fremstillet som selvstændige enheder, der ved pumpens samling er stablet oven på 15 hinanden, adskilt af mellemstykket og med relativt grov indbyrdes opretning af cylinderakserne og stort set uden hensyntagen til, om cylinderakserne ligger radialt forskudt for hinanden. Det manglende krav om indbyrdes meget præcis sammenpasning af de to cylindre giver en 20 væsentlig forenkling både af delenes fremstilling og af deres montering.

Under leveringsslaget presses stemplerne mod hinanden af det fremadrettede tryk på aktuatorstemplets stempelflade og under returslaget holdes nær hinanden 25 af en forholdsvis ringe kraft fra det bagudrettede tryk fra det indstrømmende brændsel i pumpekammeret. Endvidere kan de to stempler indstille sig indbyrdes i drift ved små radielle forskydninger af pumpestemplets bagud-vendende endeflade i forhold til en fremadvendende 30 endeflade ved aktuatorstemplet, hvorved der automatisk kompenseres for temperatur- og trykvariationer mellem pumpens enkeltdele, og dette nedsætter sliddet på pumpen og forbedrer dens driftssikkerhed. Stemplerne kan godt i nogen grad være styret i radialretningen af 35 elementer, der er beliggende mellem de to pumpecylindre, eksempelvis kan der mellem pumpestemplernes mod hinanden vendende endeflader være placeret trykmålere, DK 173815 B1 4 der afleverer oplysning om det øjeblikkelige pumpekam-mertryk til en elektronisk styreenhed.

Den modulopbyggede brændselspumpe med de to separate pumpecylindre giver endvidere en fordelagtig 5 mulighed for at udskifte alene aktuatorcylinderen med tilhørende stempel med en anden enhed, hvor aktuator-stemplets diameter er større eller mindre end den oprindelige enhed for derved at ændre pumpens maksimale indsprøjtningstryk, der afhænger af den hydrauliske 10 væskes tryk i højtryksledningen og af arealforholdet mellem aktuatorstemplet og pumpestemplet.

Den aksialt gennemgående cylinderboring i aktua-torcylinderen giver aktuatoren et fremstillingsmæssigt særdeles enkelt design, idet den kun har to hoveddele, 15 nemlig den ringformede bundløse cylinderenhed og det cylindriske aktuatorstempel. Aktuatorens trykkammer fremkommer først ved brændselspumpens montering på fordelerblokkens overside, idet denne indgår som aksialt afgrænsende bundflade i kammeret. Samtidig kan 20 fordelerblokkens overside virke som stop for den nedadgående bevægelse af de to stempler og dermed fastlægge disses udgangsstilling. I denne stilling er trykkammeret stort set tømt for hydraulisk væske. Da den elektronisk aktiverede styreventil typisk er 25 monteret på eller i fordelerblokken, så der kun er korte kanaler frem til afgangsporten i fordelerblokkens overside, er mængden af hydraulisk væske mellem styreventilen og aktuatorstemplet optimalt lille, hvilket giver den fordel, at energiforbruget til tryksætning af 30 denne væskemængde er særdeles ringe ved styreventilens åbning for trykket i højtryksledningen ved indledningen af et leveringsslag. Samtidig virker minimeringen af dødvolumenet i trykkammeret til at forbedre den hurtigtvirkende egenskab ved en elektronisk aktiveret 35 styreventil, idet tidsforsinkelsen efter ventilens aktivering som følge af den krævede trykopbygning bliver forsvindende lille.

DK 173815 B1 5

Pumpens udformning giver endvidere mulighed for, at pumpestemplet mellem hver indsprøjtningssekvens føres tilbage til en fast udgangsstilling af brændselstrykkets indvirkning på pumpestemplets endeflade i 5 pumpekammeret, og at brændselspumpens leveringsmængde styres elektronisk ved at tilførslen af hydraulisk væske til trykkammeret afbrydes af styreventilen på det tidspunkt, hvor pumpestemplet har leveret den ønskede mængde.

10 Det giver en række fordele at lade brændslets forpumpetryk føre pumpestemplet tilbage til en fast udgangsstilling, og at styre leveringsmængden ved at afbryde tilførslen af hydraulisk væske, netop når pumpen har leveret den ønskede mængde. Justeringen af 15 afbrydelsestidspunktet kan således ske helt op til det tidspunkt, hvor afbrydelsen faktisk sker. Når leveringsmængden ændres, er den ændrede indstilling øjeblikkeligt aktiv og kan påvirke den cylinder, hvor indsprøjtningen foregår og efterfølgende indsprøjt-20 ninger på andre cylindre i samme motoromdrejning. Denne hurtigtvirkende, elektroniske styring af pumpens leveringsmængde kan frembringe indsprøjtningssekvenser, der efter ønske kan varieres fra at bestå af en sammenhængende indsprøjtning til at være sammensat af flere 25 hurtigt efter hinanden følgende indsprøjtninger, såkaldt intermitterende indsprøjtning.

Opfindelsen giver endvidere den fordel, at de kendte mekaniske elementer til mekanisk tilbageføring og fyldning samt til styring af leveringsmængderne kan 30 udelades, hvilket åbner for en række friheder i udformningen af brændselspumpen. De sædvanligt anvendte fuelolieakkumulatorer, der også benævnes chockabsor-bere, kan også udelades. Det er endvidere en fordel, at tilbageføringen til udgangsstillingen kan foretages i 35 løbet af et forholdsvis langt tidsrum, idet selve indsprøjtningen foregår i løbet af en lille del af motorcyklusen. Der er heller ikke brug for nogen DK 173815 B1 6 bestemt drejestilling mellem pumpestemplet og pumpecylinderen eller aktuatorstemplet. De virkningsmæssige forenklinger og de deraf muliggjorte mekaniske forenklinger giver en væsentlig mindskning af risikoen for 5 svigt af pumpen.

Endvidere kan opnås den virkning, at energitab i forbindelse med pumpens drift minimeres, dels fordi pumpestemplet og forbruget af højtryks hydraulisk væske standses ved afslutningen af brændselsleveringen, i 10 stedet for at forsætte med samtidig trykaflastning af pumpekammeret, som det er sædvanligt ved de kendte pumper, dels fordi den faste udgangsstilling gør det muligt at minimere dødvolumenet i aktuatorens trykkammer og dermed minimere den mængde hydraulisk væske, der 15 skal tryksættes umiddelbart efter styreventilens åbning.

I en foretrukken udførelsesform har pumpecylinderen et nedre afsnit, der rager ned i afstandsstykket, og et i forhold hertil radialt udragende øvre afsnit, 20 der er monteret ved hjælp af dækseltappe. Opdelingen af pumpehuset i to cylindre og et mellemstykke og sammenspændingen med dækseltappe, dvs langsgående bolte, giver den fordel, at huset aflastes for de trækspændinger, der opstår, når pumpekammeret tryksættes og 25 påvirker overvæggen i kammeret med en opadvirkende kraft. Mellemstykket og fikseringen mellem dette og de to cylinderenheder kan laves relativt spinkle, fordi mellemstykket kun skal modstå trykbelastningerne fra sammenspændingen. Dækseltappene kan spænde det tredelte 30 pumpehus fast til oversiden af fordelerblokken, hvilket giver flere fordele ved eftersyn af brændselspumpen.

Når dækseltappene er spændt op, kan pumpecylinderen med tilhørende stempel løftes bort, eventuelt sammen med mellemstykket, mens aktuatorcylinderen med tilhørende 35 stempel kan efterlades på fordelerblokken. Mens pumpen er fjernet, holder aktuatoren det underliggende hydrauliksystem afspærret for indtrængning af snavs. Da DK 173815 B1 7 hovedparten af eftersynene kun skal foretages på pumpecylinderen, der er udsat for brændslets påvirk' ning, er denne mulighed for frit at afløfte pumpe-stemplet med tilhørende cylinder en stor fordel for 5 både vedligeholdelsen og sikkerheden af systemet.

I en foretrukken udførelsesform, der fuldt ud udnytter fordelene ved de indbyrdes løse stempler, er pumpestemplet udelukkende styret i radialretningen af den tilhørende cylinderboring i pumpecylinderen, og 10 aktuatorstemplet er udelukkende styret i radialretningen af cylinderboringen i den tilhørende aktuator-cylinder, og de to stempler er indbyrdes frit indstillelige i radialretningen. I denne udførelsesform er der et fåtal af elementer, hvilket giver enkel frem-15 stilling og høj driftssikkerhed.

Hvis brændselspumpen er til brug ved indsprøjtning af væskeformig gas, er opvarmning af pumpen ikke nødvendig. Selv om pumpen ifølge opfindelsen er forenklet i betydelig grad i forhold til de kendte pumper til 20 svær brændolie, vil det være en fordel ved anvendelse af svær brændolie, at forvarmet olie kan strømme gennem pumpen, også når motoren står stille i startklar tilstand. For opnåelse af dette kan pumpecylinderens nedre afsnit i sin yderside have en ringformet recess, 25 der foroven og forneden er tryktætnet i forhold til den omkringliggende inderside af afstandsstykket, og en brændselstilgang i mellemstykkets væg kan lede ind til ringkammeret dannet af recessen og mellemstykket, og en afgangskanal med en trykbegrænsende strømningsrestrik-3 0 tion kan stå i vedvarende forbindelse med ringkammeret. Brændslet cirkulerer dermed fra tilgangen gennem ringkammeret og ud gennem afgangskanalen, hvis strømningsrestriktion hindrer trykket i ringkammeret i at falde, og det forvarmede brændsel sørger ved cirkula-35 tionen for opvarmning af pumpecylinderen.

De ovennævnte fordele ved at kunne efterlade aktuatoren som en slags løststående skidtdæksel over de DK 173815 B1 8 følsomme hydraulikdele i fordelerblokken kan yderligere forbedres derved, at aktuatorcylinderen på sin overside har en opstående ringformet væg med større indre diameter end cylinderboringen i aktuatorcylinderen, og 5 at der ved pumpestemplets nedre ende er en opadtil lukket, kopformet skærm, der ligger i afstand fra pumpecylinderens underside og rager ned omkring den ringformede væg. Når pumpens cylinder og stempel er afløftet, beskytter den opstående væg omkring aktua-10 torens cylinderboring mod, at skidtpartikler føres ind på toppen af aktuatorstemplet, hvorfra de ved den fortsatte drift ville kunne flyttes ud til spalten mellem cylinder og stempel og medføre slidskader på glidefladerne. Pumpestemplets kopformede skærm giver 15 sammen med væggen en beskyttelse mod, at der i drift trænger brændsel ned på aktuatorstemplet, idet den brændselsmængde, der lækker ned gennem ringspalten mellem pumpens stempel og cylinder, lander på oversiden af skærmen. Da skærmen rager ned omkring væggen, løber 20 brændslet fra skærmens overside udelukkende ned på ydersiden af væggen, der hindrer brændslet i at nå ind til aktuatorstemplet. Et brændselsdræn i hulrummet mellem aktuatoren og pumpen kan hindre større brændselsmængder i at lægge sig omkring væggen.

25 Den kopformede skærm befinder sig i hulrummet frembragt af mellemstykkets højde, og dette hulrum har ikke anden praktisk udnyttelse end at give plads for skærmens deltagelse i pumpestemplets bevægelser og at frembringe den netop omtalte adskillelse af brændsels-30 og hydrauliksystemerne. Den tredelte opbygning giver således mulighed for at udnytte hulrummet til andre formål. Da alle de kendte elementer til fastlæggelse af pumpens leveringsmængde ad mekanisk vej ved drejning af pumpestemplet er erstattet af mængderegulering på basis 35 af en tidsmæssig styring af påførslen af hydraulisk væske til aktuatoren, vil der i praksis kunne forekomme små variationer i pumpernes leveringsmængde på grund af DK 173815 B1 9 små variationer pumperne imellem af leveringsraten af hydraulisk væske, når styreventilen har sat aktuatorens trykkammer i forbindelse med høj tryksledningen. Det er muligt at opfange sådanne forskelle i pumpernes le-5 veringsmængder ved løbende måling af en eller flere parametre for forbrændigen i cylinderen, og så kompensere for dette ved den elekroniske aktivering af styreventilen. Et alternativ til dette er at udnytte den tilgængelige plads i hulrummet til at udforme 10 brændselspumpen således, at den kopformede skærm har nedadtil aftagende vægtykkelse, og at der er mindst to sensorer monteret i mellemstykket ud for og på modstående sider af skærmen for aftastning af pumpestemplets øjeblikkelige stilling. De to modstående sensorer måler 15 samtidig på stempelpositionen, og den elektroniske styreenhed, som modtager målesignalerne, kan derfor kompensere for de variationer i målingerne ved en af sensorerne, som kan forekomme som følge af stemplets mulighed for at indstille sig frit i radialretningen.

20 Sensorerne er velkendte og kan eksempelvis være baseret på induktiv måling af positionen.

En elektroniske styring af brændselspumpens leveringsmængde ved afbrydelse af pumpestemplets leveringsslag, der udgår fra en fast, nedre udgangs-25 stilling, giver en fordelagtig mulighed for yderligere at forbedre pumpens driftssikkerhed derved, at pumpe-cylinderen har et nedre afsnit, der passer tryktætnende omkring pumpestemplet, og et kammerafsnit med større indre diameter end det nedre afsnit, at brændselsind-30 strømningskanalen udmunder i kammerafsnittets sidevæg, og at mindst to brændselsudstrømningskanaler udgår fra kammerafsnittets sidevæg. Fra de kendte pumper med brændselsudstrømningskanaler og/eller trykaflastningshuller, der åbnes eller lukkes ved at en kant på 35 stemplet passerer kanalen eller hullet, er det velkendt, at de pludselige trykændringer ved passagen af styrekanten på stemplet kan medføre kavitations- og DK 173815 B1 10 andre erosionsskader på stempel og cylinder. Ved ifølge denne foretrukne udførelsesform ifølge opfindelsen at lave kammerafsnittet med større indre diameter end det nedre tryktætnende afsnit, bevæger pumpestemplets 5 cylinderflade sig i en radial afstand inden for kammerafsnittets sidevæg. Ind- og udstrømningskanalerne for brændsel ender eller begynder i kammerafsnittets sidevæg, hvilket betyder, at brændslet vedvarende og uanset stemplets position har fuld adgang til kanalåb-10 ningerne i pumpekammeret, idet der ud for åbningerne i det mindste er et brændselsfyldt ringområde mellem stemplets cylinderflade og kammerafsnittets sidevæg.

Dette fjerner de pludselige, eroderende tryksvingninger, og forbedrer brændselspumpens driftssikkerhed.

15 Der kan endvidere som følge af abrasive partikler i brændslet fremkomme et slid på randen af kanalåbningerne. Placeringen af åbningerne i radial afstand fra pumpestemplets cylinderflade hindrer slidskader på hulranden i at forplante sig til stemplet som ridser, 20 hvilket giver en yderligere forbedring af driftssikkerheden .

Den forøgede diameter af pumpecylinderens øvre afsnit er i en udførelsesform udnyttet til en yderligere forenkling af brændselpumpens udformning. I denne 25 udførelsesform er brændselsudstrømningskanalerne forbundet med opadvendende afgangsporte, og flangerne for trykledningerne førende til brændselsinjektorerne er monteret på oversiden af pumpecylinderens øvre afsnit. Dette letter montagen af trykledningerne og 30 giver disse en udformning uden rørbøjninger nær monteringsstedet på pumperne. Den gode plads på pumpecylinderens overside muliggør montering af op til fire trykledninger på oversiden.

Det er i en udførelsesform muligt at pumpecylin-35 deren i området oven over kammerafsnittet har et afsnit med mindre diameter, som udgør et opadtil lukket dæmperkammer, og at pumpestemplet har et øverste afsnit DK 173815 B1 11 med en højde svarende til højden af dæmperkammeret og en yderdiameter, der er lidt mindre end dæmperkammerets diameter. Dæmperkammeret forbedrer brændselspumpens driftssikkerhed, idet risikoen mindskes for beskadigel-5 se af pumpen i tilfælde af manglende afbrydelse af højtrykket til aktuatorens trykkammer, eksempelvis som følge af en hængende styreventil eller en forsinkelse eller udfald af det elektroniske omstillingssignal til styreventilen. Hvis pumpestemplet som følge af et 10 sådant svigt drives helt op i toppen af pumpekammeret, fortsætter det op i dæmperkammeret og danner med dette lukkede kammers sidevæg en ringformet spalte, hvorigennem brændslet i dæmperkammeret skal uddrives under samtidig trykstigning i dæmperkammeret, hvilket giver 15 en kraftig afbremsning af stempelbevægelsen. Dæmperkammeret danner således en hydraulisk stødpude, der hindrer hårdt anslag af pumpestemplet mod toppen af kammeret. Pumpestemplets øverste afsnit udfylder tilnærmelsesvis samme volumen som dæmperkammeret, 20 hvilket giver den fordel, at det samlede brændselsvolumen i pumpecylinderen, når stemplet står i udgangsstillingen, stort set ikke forøges som følge af tilføjelsen af dæmperkammeret. Da det samlede brændselsvolumen skal tryksættes til injektorens åbnetryk, inden 25 indsprøjtningen af brændsel begynder, opnås en energibesparelse ved minimeringen af dette volumen, fordi pumpestemplets vandringsvej til tryksætningen bliver kortere, hvorved forbruget af højtryks hydraulisk væske minimeres.

30 Der kan opnås en betjeningsmæssig fordel ved at aktuatorstemplet nær sin underside har en recess, og at et i aktuatorcylinderens væg monteret anslag rager ind i recessen. Anslaget hindrer aktuatorstemplet i at falde ud af cylinderen ved opløftning af denne. Denne 35 virkning er især af betydning ved demontering af aktuatoren efter længere tids drift, hvor måske utrænet personale kan komme til at foretage adskillelsen uden DK 1738¾ 5 B1 12 at være opmærksom på, at aktuatorcylinderen er uden bund.

Et eksempel på en foretrukken udførelsesform for opfindelsen beskrives herefter nærmere med henvisning 5 til den skematiske tegning, hvorpå fig. 1 i sidebillede viser en skitse af en brændselspumpe ifølge opfindelsen monteret ved en cylinder i en forbrændingsmotor, fig. 2 et længdesnit gennem brændselspumpen i fig.

10 1, og fig. 3 brændselspumpen set fra oven.

En brændselspumpe l er monteret på oversiden af en fordelerblok 2, der er båret af en konsol 3. Konsollen er tilsluttet en højtryksledning for hydraulisk væske, 15 der fra en ikke vist pumpestation forsynes med den hydrauliske væske ved et tryk, der eksempelvis kan være beliggende i intervallet fra 125 til 325 bar. Trykket kan være fast, men er fortrinsvis regulerbart i afhængighed af motorens belastning. Pumpestationen kan 20 forsynes fra en lagertank med hydraulikvæske, der eksempelvis kan være en standard hydraulikolie, men det foretrækkes, at motorens smøreolie anvendes som hydraulikvæske, og at systemet fødes fra motorens oliesump.

Forbrændingsmotoren kan være en mellemhastigheds 25 firtaktsmotor, men er typisk en langsomtgående totakts krydshovedmotor, der kan være fremdrivningsmotor i et skib eller en stationær drivenhed i et kraftværk.

Motoren kan udformes i forskellige størrelser med ydelser per cylinder fra 400 kW til 5500 kW og med 30 omdrejningstal ved fuldlast fra eksempelvis 200 rpm for de mindste motorer ned til eksempelvis 60 rpm for de største motorer. Med specifikke brændselsforbrug beliggende i intervallet fra typisk 160 g/kWh til 185 g/kWh kan behovet for indsprøjtet brændselsmængde per 35 indsprøjtningssekvens ved fuldlast variere fra omtrent 6 g for de mindste motorer til omkring 250 g for de største. Brændselspumpen ifølge opfindelsen er særlig DK 173815 B1 13 anvendelig ved indsprøjtning af de større mængder, eksempelvis mængder på mere end 3 0 g brændsel per sekvens ved fuldlast.

Højtryksledningen fra pumpestationen er monteret 5 på siden af konsollen 3, der på sin overside bærer fordelerblokken 2. Fra blokken udgår en trykledning 4 til udstødsventilens aktuator. Fra brændselspumpen 1 udgår flere, såsom tre, trykrør 5 til injektorer 6, der indsprøjter brændslet i en motorcylinders 7 forbræn-10 dingskammer. Trykrørenes nedre flager 8 er boltet fast til pumpen 1.

Hver cylinder på motoren er tilknyttet en elektronisk styreenhed 9, der modtager overordnede synkroni- , serings- og styresignaler gennem ledninger 10 og 15 afgiver elektroniske styresignaler til blandt andet en styreventil 11 gennem en ledning 12. Styreenheden kan gennem en ledning 13 fra styreventilen modtage signaler om styreventilens øjeblikkelige indstilling. Der kan være en styreenhed 9 per cylinder, eller flere cylindre 20 kan være tilknyttet samme styreenhed. Styreenheden kan også modtage signaler for en overordnet styreenhed, der er fælles for alle cylindrene.

I konsollen leder en afgrenet kanal 14 fra højtryksledningen den tryksatte hydrauliske væske frem til 25 en højtryksport på styreventilen 11. Kanalen 14 er forsynet med et antal væskeakkumulatorer 15, der leverer hovedparten af væskemængden, når styreventilen åbner, og efterfødes fra højtryksledningen, mens styreventilen er lukket. En styreport på styreventilen 30 er via en relativt kort kanal 16 i fordelerblokken forbundet med en afgangsport på blokkens overside 17. Styreventilen har endvidere en tankport, der via en kanal 18 er forbundet med en retur ledning for brugt hydraulisk væske. Trykket i returledningen kan være fra 35 atmosfæretryk til nogle få bars overtryk.

Når brændselspumpen skal begynde at levere brændsel, aktiverer et styresignal fra styreenheden 9 DK 173815 B1 14 styreventilen 11 til den stilling, hvor højtryksporten er forbundet med styreporten, så højtryksvæsken har fri adgang til afgangsporten gennem kanalen 16. Når pumpens leveringsslag skal standse, aktiveres styreventilen til 5 den stilling, hvor tankporten er forbundet med styreporten, hvorved højtrykket i kanalen 16 drænes bort.

Styreventilen 11 har således mindst tre porte og mindst to stillinger. Den kan have en hurtigtvirkende pilotglider, der ved hydraulisk påvirkning indstiller 10 en hovedglider. Styreventilen kan eksempelvis være af den type, der er beskrevet i ansøgerens danske patent nr. 170121.

Brændselspumpen l's overside er ved hjælp af · konsollen 3 hævet op til at ligge omtrent i højde med 15 motorcylinderens dæksel 19, så at trykrørene 5 har en kort længde, og dermed et fordelagtigt lille volumen, der skal tryksættes ved indledningen af hver indsprøjtning. Brændselspumpen holdes forsynet med brændsel fra en brændselsledning 20, der ved hjælp af en forpumpe 20 fordeler brændslet til pumperne ved et tryk, der typisk kan være beliggende i intervallet fra 4 til 15 bars overtryk, typisk omkring 8 bars overtryk. En grenledning 21 fører fra brændselsledningen til en brændselstilgang 22, der er vist i fig. 2. Pumpen er desuden 25 tilsluttet en drænledning 23, der fjerner lækagebrændsel .

Brændselspumpen er opbygget af to cylinderenheder, nemlig en aktuatorcylinder 24 og en pumpecylinder 25, der holdes indbyrdes separeret af et mellemstykke 26, 30 hvis underside ligger an mod en opadvendende ringflade på oversiden af aktuatorcylinderen, og hvis overside ligger an mod en nedadvendende ringflade på pumpecylinderen. Mellemstykket er ringformet og i det væsentlige cylindrisk og har en relativt lille vægtykkelse, der er 35 mindre end halvdelen af vægtykkelserne i de to cylindre. Mellemstykket er ved hjælp af små maskinskruer 27 skruet fast til de to cylindre for at holde de tre DK 173815 B1 15 husdele sammen ved flytning af pumpen.

Pumpecylinderen 25 har et i det væsentlige cirkulærcylindrisk nedre afsnit 28 og et øvre afsnit 29, der har væsentlig større yderdiameter end det nedre afsnit.

5 Den nedadvendende ringflade for anlægget mod mellemstykket 26 udgøres af undersiden af det øvre afsnits radialt udadragende parti og ligger umiddelbart uden for det nedre afsnit 28, så dette foroven og forneden ved sin cylindriske yderside er tryktætnet i forhold 10 til indersiden af mellemstykket ved hjælp af to O-ringe 29, der er placeret i spor i ydersiden af det nedre afsnit.

Det nedre afsnits yderside har mellem disse to aksialt adskilte tryktætninger en recess, der sammen 15 med mellemstykkets inderside afgrænser et rundtgående ringkammer 30, som står i forbindelse dels med brændselstilgangen 22, dels med en afgangskanal 31, der fører fra ringkammeret til en ikke vist cirkulationsledning for forvarmet brændsel. Ved cirkulationsled-20 ningens tilslutning er der et drøvleorgan 32 med en strømningsrestriktion, der begrænser den cirkulerende brændselsmængde.

Ved monteringen på oversiden 17 af fordelerblokken placeres brændselspumpen med aktuatorcylinderen be-25 liggende omkring afgangsporten fra kanalen 16, og pumpecylinderen spændes fast til fordelerblokken ved hjælp af dæksel tappe 33, der er ført ned gennem gennemgangshuller 34 i det udragende parti af cylinderens øvre afsnit 29.

30 Aktuatorcylinderen 24 er en ringformet enhed med en aksialt gennemgående cylinderboring 35, hvori et aktuatorstempel 36 er tryktætnende og længdeforskydeligt optaget. Aktuatorstemplet er ved sin nedre rand drejet ned til lidt mindre diameter, så det har en 35 rundtgående recess 37, hvori indrager et anslag 38 i form af enden af en skrue, der er indsat gennem en skråt forløbende boring gennem cylindervæggen. Skruens DK 173815 B1 16 forreste afsnit passer tryktætnende ind i den tilhørende boring, og der er i tillæg hertil en tryktætnende pakning under skruehovedet. Ved fjernelse af skruen kan aktuatorstemplet føres nedenud af cylin-5 deren. Aktuatorstemplets underside 59 afgrænser sammen med cylinderboringen og oversiden 17 et trykkammer 60, der i den viste udgangsstilling er tilnærmelsesvist tomt, fordi undersiden ligger an mod oversiden 17.

Et pumpestempel 39 er indsat længdeforskydeligt i 10 pumpecylinderen, der i et nedre afsnit 40 passer tryktætnende omkring pumpestemplet. Det nedre afsnit går via et konisk afsnit over i et ovenliggende kammerafsnit 41, der har større indre diameter end det nedre afsnit 40, og ved toppen af kammerafsnittet går 15 cylinderboringen over i et ovenliggende dæmperkammer 42 .

Aktuatorstemplet har en plan opadvendende endeflade 43, der står vinkelret på aktuatorens længdeakse, og pumpestemplet har en nedadvendende endeflade 44, der i 20 den viste udgangsstilling for stemplerne ligger an mod endefladen 43. De to endeflader kan helt frit bevæge sig i forhold til hinanden i radialretningen under indvirkning af styrekræfterne mellem pumpens stempel 39 og cylinderafsnit 40 og mellem aktuatorens stempel 36 25 og cylinderboring 35. Det skal forstås, at de retningsbestemte angivelser op- og nedadvendende er anvendt for tydeligheds skyld og gælder for den viste montering af brændselspumpen. Andre monteringsmåder, såsom sidevendt montering på en lodret flade, er også mulig. Som 30 retningsangivelser kan i stedet bruges fremad- og bagudvendende eller forreste og bageste, hvor fremad og forreste angiver pumpestemplet s bevægelsesretning i det aktive leveringsslag.

På toppen af aktuatorcylinderen 24 er der inde i 35 hulrummet 45, dannet af mellemstykket 26, monteret en opstående, ringformet væg 46, der har større indre diameter end cylinderboringen 35. På pumpestemplets DK 173815 B1 17 nedre ende er der monteret en opadtil lukket kopformet skærm 47, hvis nedadragende sidevæg 48 passerer ned omkring ydersiden af væggen 46. Skærmen og væggen hindrer urenheder, såsom lækket brændsel og skidt-5 partikler i at trænge ind til oversiden af aktuator-stemplet. I stedet for den på tegningen viste montering af skærmen 47 ved oppresning på en konisk styreflade ved hjælp af en møtrik, der er skuet ind på enden af pumpestemplet, kan skærmen 47 være krympet fast på en 10 cylindrisk styreflade på pumpestemplet. En ikke vist drænåbning nær aktuatorcylinderens overside forbinder hulrummet 45 med drænledningen 23.

Skærmens sidevæg 48 har nedefter aftagende vægtykkelse. I mellemstykket 26 er på diametralt modstående 15 sider af sidevæggen 48 monteret to sensorer 49, der gennem ledninger 50 afgiver signaler til styreenheden 9. Signalerne kan eksempelvis være en spænding, hvis størrelse afhænger af afstanden mellem sensorens ende og ydersiden af sidevæggen 48. Da denne er skrå, vokser 20 afstanden, når pumpestemplet bevæges opad, og sensorerne giver således styreenheden tilbagemelding om den øjeblikkelige stempelposition.

En brændselsindstrømningskanal 51 forbinder pumpekammeret 52 med ringkammeret 30 via afgangskanalen 25 31. I strømningsbanen mellem afgangskanalen 31 og pumpekammeret er placeret en kontraventil 53, der kun tillader brændsel at strømme ind i pumpekammeret. Når trykket i pumpekammeret stiger op over forpumpetrykket i ringkammeret 30 lukker kontraventilen, og den genåb-30 ner og tillader indstrømning af brændsel ved forpum-petrykket, såsnart trykket i pumpekammeret igen falder ved standsningen af pumpestemplets leveringsslag. Kontraventilen er skruet ind i en sidevendt boring 54 i det øvre afsnit 29, hvilket giver den fordel, at 35 kontraventilen ikke optager plads på oversiden af pumpecylinderen.

Tre brændselsudstrømningskanaler 55 udgår fra DK 173815 B1 18 kammerafsnittet 41 og ender i opadvendende afgangsporte 56 ved tilslutninger for trykrør til injektorerne 6.

Hver af kanalerne 55 er sammensat af en radialgående boring, hvis yderende er afspærret af et iskruet ele-5 ment 57, og en aksialgående boring. Som det ses af fig.

3 kan de tre radialgående boringer og boringen 51, 54 ligge jævnt fordelt i cylinderens omkredsretning. I forbindelse med trykrørets tilslutning kan der om ønsket placeres en kontraventil i trykrøret, så tilba-10 gestrømning af brændsel til pumpekammeret hindres efter afslutningen af leveringsslaget. Der kan endvidere være en aksialgående, central boring 58, der fører op fra toppen af dæmperkammeret 42. Boringen 58 er afspærret af et element 57, men kan om ønsket tjene til indføring 15 af et løfteværktøj, som kan skrues fast i toppen af pumpestemplet, så dette kan afløftes sammen med pumpe-cylinderen.

Pumpestemplet har en forreste endeflade, der er trinformet med et ringformet, radialt yderste parti 61 20 og et centralt, radialt inderste parti 62, der ligger opad forskudt i forhold til partiet 61. Mellem de to partier har pumpestemplet således et øverste afsnit 63, hvis højde svarer til højden af dæmperkammeret 42, og hvis yderdiameter er lidt mindre end dæmperkammerets 25 indre diameter.

Brændselspumpen virker på følgende måde. Når styreventilen 11 holder trykkammeret 60 i aktuatoren i forbindelse med drænet, dvs. ventilens tankport, er væsketrykket i trykkameret lavt, såsom 0,5 bars over-30 tryk. Med dræn forstås i den foreliggende sammenhæng i bred forstand en bortledningsmulighed for brugt hydraulisk væske. Der er således ikke nødvendigvis tale om, at drænet står ved atmosfæretryk. Drænet forbundet til ventilens tankport kan være tryksat til et mindre 35 overtryk, eksempelvis de nævnte 0,5 bar. Samtidig med kammerets tilslutning til drænet står kontraventilen 53 åben og tillader brændsel ved forpumpetryk at strømme DK 173815 B1 19 ind i pumpekammeret 52, så trykket heri er eksempelvis 8 bars overtryk. Når dræntrykket er indstillet til at være større end atmosfæretryk, skal forholdet mellem aktuatorstemplets og pumpestemplets arealer være mindre 5 end forholdet mellem forpumpetrykket i pumpekammeret og drænt rykket i aktuatorens trykkammer for at den ned-adrettede kraft på pumpestemplet overstiger den op-adrettede kraft på aktuatorstemplet. I den viste udførelsesform er forholdet mellem stempelarealerne 10 4:1, mens forholdet mellem de absolutte trykværdier er omtrent 6:1.

Sålænge styreventilen 11 står i den nævnte stilling, presses pumpestemplet og autuatorstemplet nedad af trykket i pumpekammeret, og de bliver derfor tilba-15 geført til den viste udgangsstilling med stemplerne i anlæg mod hinanden og aktuatorstemplets underside 59 i anlæg mod fordelerblokkens overside 17.

Når styreventilen aktiveres til at forbinde sin højtryksport til kanalen 16, stiger trykket i trykkam-20 meret 60 pludseligt til trykket i højtryksledningen, eksempelvis til 250 bar. Aktuatorstemplet presses fremad af dette tryk og driver pumpestemplet ind i pumpekammeret 52, hvori trykstigningen får kontraventilen 53 til at lukke og trykket i trykrørene 5 til at 25 stige. Efter en kort vandring af stemplerne, når brændselstrykket i rørene 5 op på injektorernes åbnetryk, der eksempelvis kan være 4 00 bar, og brændsels-indsprøjtningen starter.

Når styreenheden 9 bestemmer, at indsprøjtningen 30 skal afbrydes og afgiver aktiveringssignal til omstilling af styreventilen 11, forbindes kanalen 16 igen til tankporten, og trykket i trykkammeret falder brat til dræntrykket med samtidig trykfald i pumpekammeret til forpumpetrykket, og pumpestemplet standser. Der-35 efter åbner kontraventilen 53 og brændslet begynder igen at strømme ind i trykkammeret, hvorved det skubber pumpestemplet og aktuatorstemplet tilbage til udgangs- DK 1738^5 B1 20 stillingen, hvorefter forløbet kan gentages ved den efterfølgende indsprøj tningssekvens.

Det er værd at bemærke, at pumpekammeret i løbet af returneringsbevægelsen kun behøver at tilføres en 5 brændselsmængde svarende til den indsprøjtede mængde ved den foregående sekvens, og at indsprøjtningen i en totaktsmotor typisk sker i løbet af omtrent 1/15 del af en motoromdrejning, hvorefter der er 14/15 dele af omdrejningen til at tilbageføre stemplerne, eller til 10 at udføre indsprøjtninger på andre cylindre ved hjælp af den samme pumpe. Selv med forholdsvis små resulterende, nedadgående kræfter på stemplerne er der særdeles god tid til tilbageføringen til den faste udgangsstilling.

15 Der kan naturligvis laves en række forskellige variationer af ovennævnte udførelsesform. Det er eksempelvis muligt at udføre aktuatorcylinderen med lukket bund, idet der i cylinderen laves en tilgangskanal til trykkammeret. Det er også uden videre muligt 20 at udforme aktuatorstemplets overside på anden vis, såsom trinformet. Pumpestemplet kan laves uden skærmen, når positionstilbagemeldingen ikke er ønsket. Det er muligt, men ikke ønskeligt, at udføre brændselspumpen med hus, der på traditionel vis er i stand til at 25 optage trækspændingerne. Endvidere kan de to pumpecylindre være udført i et stykke uden noget egentligt hulrum, idet aktuatorens cylinderboring kan gå eksempelvis trinformet eller konisk over i pumpens cylinderboring, hvilket giver en brændselspumpe med 3 0 kort længde, hvor der hverken er opstående indre væg eller en indre skærm. Hvis pumpen skal levere brændsel til fire injektorer, kan strømningsrestriktionen være placeret i en sidevendt boring ligesom kontraventilen. Endvidere kan afgangsportene 56 være sidevendte, så 35 trykrørene 5 er monteret på pumpens sidevæg.

Claims (10)

1. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe til en forbrændingsmotor, navnlig en totakts dieselmotor, omfattende et pumpestempel (39) , der er længdeforskydelig 5. en pumpecylinder (29) og har en forreste endeflade, der sammen med pumpecylinderen afgrænser et pumpekammer (52) , og et aktuatorstempel (36) , der er beliggende i forlængelse af pumpestemplet og er længdeforskydelig i en aktua tor cylinder (24) samt har en i et trykkammer 10 beliggende stempelflade (59) , som vender bort fra pumpestemplet og har væsentlig større areal end pumpestemplets tværsnitsareal, hvor pumpestemplet er løst i forhold til aktuatorstemplet, og hvor mindst en brændselsindstrømningskanal (51) med en kontraventil (53) 15 udmunder i pumpekammeret, og mindst en brændselsudstrømningskanal (55) fører fra pumpekammeret til mindst en afgangsport, kendetegnet ved, at pumpe-cylinderen (25) og aktuatorcylinderen (24) er separate enheder, der er indbyrdes separeret af et ringformet 20 afstandsgivende mellemstykke (26), at aktuatorcylinderen (24) er en ringformet enhed med en aksialt gennemgående cylinderboring (35), som med aktuatorcylinderen monteret på oversiden (17) af en fordelerblok (2) ligger i umiddelbar forlængelse af en 25 afgangsport i fordelerblokkens overside, hvorved trykkammeret er radialt afgrænset af aktuatorcylinderen og aksialt afgrænset af henholdsvis aktuatorstemplets stempelflade og oversiden af fordelerblokken.

2. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge krav 30 1, kendetegnet ved, at pumpecylinderen har et nedre afsnit (28), der rager ned i afstandsstykket, og et i forhold hertil radialt udragende øvre afsnit (29), der er monteret ved hjælp af dækseltappe (33) .

3. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge krav 35 1 eller 2, kendetegnet ved, at pumpestemplet (39) udelukkende er styret i radialretningen af den tilhørende cylinderboring i pumpecylinderen (25), at DK 173815 B1 aktuatorstemplet (36) udelukkende er styret i radial-retningen af cylinderboringen (35) i den tilhørende aktuatorcylinder, og at de to stempler er indbyrdes frit indstillelige i radialretningen.

4. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge et af kravene 1-3, kendetegnet ved, at pumpecylinderens nedre afsnit (28) i sin yderside har en ringformet recess, der foroven og forneden er tryktæt -net i forhold til den omkringliggende inderside af 10 afstandsstykket (26), at en brændselstilgang (22) i mellemstykkets væg leder ind til ringkammeret (30) dannet af recessen og mellemstykket, og at en afgangskanal (31) med en trykbegrænsende strømningsrestriktion står i vedvarende forbindelse med ringkammeret.

5. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge et af kravene 1-4, kendetegnet ved, at aktua-torcylinderen (24) på sin overside har en opstående ringformet væg (46) med større indre diameter end cylinderboringen i aktuatorcylinderen, og at der ved 20 pumpestemplets (39) nedre ende er en opadtil lukket, kopformet skærm (47), der ligger i afstand fra pumpecylinderens underside og rager ned omkring den ringformede væg.

6. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge krav 25 5, kendetegnet ved, at den kopformede skærm (47) har nedadtil aftagende vægtykkelse, og at der er mindst to sensorer (49) monteret i mellemstykket ud for og på modstående sider af skærmen for aftastning af pumpestemplets (39) øjeblikkelige stilling.

7. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge et af kravene 1-6, kendetegnet ved, at pumpe-cylinderen har et nedre afsnit (40), der passer tryk-tætnende omkring pumpestemplet (39) , og et kammerafsnit (41) med større indre diameter end det nedre afsnit, at 35 brændselsindstrømningskanalen (51) udmunder i kammerafsnittets sidevæg, og at mindst to brændselsudstrømningskanaler (55) udgår fra kammerafsnittets sidevæg. DK 173815 B1

8. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge krav 7, kendetegnet ved, at brændselsudstrømningskanalerne (55) er forbundet med opadvendende afgangsporte (56), og at flangerne (8) for trykrørene 5 (5) førende til brændselsinjektorerne (6) er monteret på oversiden af pumpecylinderens øvre afsnit.

9. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge krav 7 eller 8, kendetegnet ved, at pumpecylinderen (25) i området oven over kammerafsnittet (41) 10 har et afsnit med mindre diameter, som udgør et opadtil lukket dæmperkammer (42), og at pumpestemplet har et øverste afsnit (63) med en højde svarende til højden af dæmperkammeret og en yderdiameter, der er lidt mindre end dæmperkammerets diameter.

10. Hydraulisk aktiveret brændselspumpe ifølge et af kravene 1-9, kendetegnet ved, at aktua-torstemplet (36) nær sin underside har en recess (37), og at et i aktuatorcylinderens væg monteret anslag (38) rager ind i recessen. 20