WO2014096175A1 - Hochdruckpumpe - Google Patents

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WO2014096175A1 PCT/EP2013/077349 EP2013077349W WO2014096175A1 WO 2014096175 A1 WO2014096175 A1 WO 2014096175A1 EP 2013077349 W EP2013077349 W EP 2013077349W WO 2014096175 A1 WO2014096175 A1 WO 2014096175A1
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Uwe Nigrin
Peter Voigt
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Definitions

  • the invention relates to a high-pressure pump for compressing a fuel for internal combustion engines in particular to pressures above 3000 bar with a first pump unit for pre-compression of a medium, with an inlet for the vorzuver Whynde medium and an outlet for the pre-compressed in the first pump unit medium, and a second pump unit for final compression of the pre-compressed in the first pump unit medium with an inlet for the out of the outlet of the first pump unit escaping medium and an outlet for the endverête in the second pump unit medium and a dacaslei ⁇ tung, the outlet from the first pump unit to the inlet in the second Pump unit connects, with the two pump units are connected in series.
  • the invention further relates to a method for increasing an outlet pressure to a final pressure of at least 3000 bar.
  • the invention relates to a high-pressure pump for compressing fuel for an internal combustion engine, and in particular for generating very high pressures, eg pressures above 3000 bar, comprising a first pump unit for precompressing a medium, with an inlet for the medium to be pre-compressed and an outlet for the first Pump unit pre-compressed medium, a second pump unit for final compression of the pre-compressed in the first pump unit medium, with an inlet for emerging from the outlet of the first pump unit medium and an outlet for the final pumped in the second pump unit medium, and a connecting line, the outlet of the first Pump unit with the inlet into the second Pumpenaggre ⁇ gat connects, the two pump units are connected in series.
  • the invention further relates to a method for raising a pressure level of an output pressure of a medium to an end ⁇ pressure value in particular of at least 3000, wherein introduced in a first step, the medium with the output pressure in a first pump unit and in the first pump unit from the output pressure an intermediate pressure value is raised to a first pressure level, in particular, for example, from 800 bar to 1200 bar, in a second step in the first pump unit pressurized medium introduced into a second pump unit and is raised in the second pump unit from the first pressure level to the final pressure value or the final pressure level in particular of over 3000 bar.
  • first pump unit and the second pump ⁇ aggregate preferably have a common housing and / or together form a high-pressure pump.
  • the first pump unit and the second pump unit are preferably actuated by a common drive device.
  • the first pump unit is operated or driven in time before the second pump unit by the common drive device, so that the same medium, which is compressed in the first step in the first pump unit, is compressed or raised in the second pump unit to an achievable with the high pressure pump discharge pressure.
  • the two pump units are advantageously driven synchronized by the one on ⁇ drive device, which can be achieved, for example, characterized in that the two pump units are firmly connected to each other, so that their relative position to each other is not variable. It is also conceivable for the first pump unit to be driven directly by the drive device and the second pump unit to be driven indirectly by the drive device via the first pump unit, whereby this drive chain also effects a synchronized actuation sequence of the two pump units.
  • each of the two pump units may have its own drive.
  • an intermediate pressure accumulator are supplied, wherein the intermediate pressure accumulator is designed so that the first pump unit leaving through the outlet precompressed medium suffers substantially no pressure loss during the storage time.
  • the intermediate pressure accumulator then supplies the second pump unit with the pre-compressed medium.
  • the drives for the two pump sets must not be synchronized in this case.
  • the first pump unit such a high-pressure pump, for example, a differential pressure of 800 bar to 1200 bar and the second pump unit generate a differential pressure of about 1800 bar, so that the high-pressure pump, the medium of an initial pressure of eg 1 bar, 2 bar, 5 bar or 20 bar Inlet of the first pump unit, for example, a prefeed pressure of a
  • a volume flow control of the pump can preferably be carried out before or via the first pump unit, for example by a hydrau ⁇ cally arranged shortly before the first pump unit volume flow control valve (VCV) or by a digital inlet valve (DIV) in the first pump unit.
  • VCV volume flow control valve
  • DIV digital inlet valve
  • a volumetric flow control valve or a digital inlet valve may be arranged in front of the first pump unit in order to enable or achieve a volumetric flow control.
  • the first and the second pump unit can be units in the form of a piston pump or reciprocating pump.
  • a diameter of a pump piston of the first pump unit may be larger than a pump piston diameter of the second pump unit.
  • the two pump units are driven by a common drive ge ⁇ successively having the pump working space of the first pump unit a larger volume than the pump working space of the second pump unit.
  • the first pump unit and the second pump unit preferably have a common pump housing, so that the pump with the first and the second pump unit form a single component. That is, the pump with the first pump set and the second pump set forms a unit that only has a total of e.g. can be attached to a motor or changed at this.
  • the two pump units are preferably located on a common line, which may be, for example, a straight line or a circular line, depending on the type of drive device.
  • the drive unit is a camshaft
  • the two pump aggregates can be arranged on a circular line about the axis of rotation of the camshaft ⁇ .
  • the longitudinal axis of the pump piston of the first pump unit and the longitudinal axis of the pump piston of the second pump unit can be on the circular line at an angle of 60 degrees to 120 degrees, preferably of about 90 degrees to each other, ie a corresponding circular segment on ⁇ span.
  • the high-pressure connection line connecting the outlet from the first pump unit to the inlet to the second pump unit Preferably, a substantially straight conduit or conduit of relatively large bending radii having a smooth, interference-free inner wall to not accelerate, decelerate, or fluidize the medium during transfer from the first pumping element to the second pumping element is preferred.
  • the pump may have a controller, which can detect, for example by means of sensors, if one of the two pump units has a defect or the supply of medium to the first pump unit is faulty or the connecting line is broken or damaged ⁇ . Upon detection of such hazards, the pump as a whole may be shut down to prevent damage to the pump or downstream of the pump from components and / or devices to be supplied with the medium.
  • the driving device for the pump as already beschrie ⁇ ben be a camshaft of an internal combustion engine.
  • the pump can be a high-pressure injection pump for a fuel, for example a diesel fuel, for a corresponding combustion engine, for example for driving a car, truck or other land, water or aircraft.
  • Figure 1 pump with drive device, in a plan view
  • Figure 2 first pump unit in a sectional view
  • FIG. 1 shows a pump 1 according to the invention with a first pump unit 2 (in particular in the form of a piston pump), a second pump unit 3 (and in particular in the form of a piston pump) and a high-pressure connection line 4, which connects a non-visible outlet 2b of the first pump unit 2 with a non-visible inlet 3a of the second pump unit 3.
  • a first pump unit 2 in particular in the form of a piston pump
  • a second pump unit 3 and in particular in the form of a piston pump
  • a high-pressure connection line 4 which connects a non-visible outlet 2b of the first pump unit 2 with a non-visible inlet 3a of the second pump unit 3.
  • the pump 1 has a pump housing la, with a sealed by a flange 6 mounting opening lb, through which a drive shaft 5 extends a drive device, the drive device via the drive shaft 5, the first pump unit 2 and the second pump unit 3 drives.
  • the drive shaft 5 is a camshaft 5, the drive cam actuating the first pump unit 2 and the second pump unit 3 with a time offset or driving one after the other.
  • the pump housing la has three screw-on, with which the pump 1, for. can be screwed to a motor.
  • FIG. 2 shows a section through the first pump unit 2.
  • the pump unit 2 has an inlet 2a for e.g. a diesel fuel, a (reciprocable) pump piston 22 and a high-pressure chamber or a pump working chamber 23, whose at least one end face is formed by one end of the pump piston 22.
  • the diesel fuel may already have a pre-feed pressure at the inlet 2a of a low-pressure device arranged fluidically in front of the inlet 2a.
  • a gate valve 7 is arranged with an actuator 8 in the pump unit 2, which can regulate a flow ⁇ volume to the pump working space 23rd _
  • the pump piston 22 abuts against a roller tappet 9, which is moved linearly by a cam 5a of the camshaft 5 and thereby moves the pump piston 22 in the direction of a suction and a delivery stroke.
  • the pump piston 22 is biased by a spring element 10 in the direction of the suction stroke.
  • the outlet 23 a of the pump ⁇ working space 23 is connected to the high-pressure connection line 4, which connects the pre-compressed in the first pump unit to a pressure of 800 bar to 1200 bar diesel fuel with an inlet 3 a in the second pump unit 3.
  • FIG 3 shows a section through the second pump unit 3, with the inlet 3a, a pump piston 32 and a pump chamber 33.
  • the diesel fuel has at the inlet 3a substantially the pressure with which it has left the outlet 2b of the first pump unit 2.
  • the diesel fuel pre-compressed in the first pump unit 2 can flow into the pump working chamber 33 of the second pump unit and be compressed there by the pump piston 32 to a final pressure of over 3000 bar, before it is not visible in FIG Outlet 33 a of the pump working chamber 33 is forwarded, for example via a rail, for example, to the injection nozzles for the diesel fuel in the combustion chambers of the engine cylinder.
  • the pump piston 32 of the second pump unit 2 is driven by the cam 5a of the camshaft 5 via a roller tappet 14 on ⁇ and performs a suction and a delivery stroke.
  • the pump piston 32 is biased by a spring element 13 in the direction of the suction stroke.
  • the pump chamber 33 is completely empty and the pressure of 3000 bar having diesel fuel was through the outlet 3b of the second Pum ⁇ penaggregats 3 in eg a common high-pressure accumulator or a manifold (Rail) for the supply of injectors (injectors) of the engine delivered.
  • a common high-pressure accumulator or a manifold (Rail) for the supply of injectors (injectors) of the engine delivered.
  • the first pump unit 2 can be composed of components of a large series, since high-pressure pumps that produce a maximum pressure of eg 1200 bar are technically manageable and widely used.
  • the second pump unit 3 must be composed of components that must be made due to the large pressure load with great precision to ensure the high pressure resistance at Pum ⁇ penzylinder, for example, by the nature and number of Bohrungsverschneidungen, the execution of the intake and exhaust valve , and / or the Hubübertragungselements, example ⁇ the ram. 1 ⁇

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Abstract

Hochdruckpumpe, insbesondere zum Verdichten von Kraftstoff auf Drücke über 3000 bar, mit einem ersten Pumpenaggregat (2) zum Vorverdichten eines Mediums, mit einem Einlass (2a) für das vorzuverdichtende Medium und einem Auslass (2b) für das im ersten Pumpenaggregat (2) vorverdichtete Medium, und einem zweiten Pumpenaggregat (3) zum Endverdichten des im ersten Pumpenag- gregats vorverdichteten Mediums, mit einem Einlass (3a) für das aus dem Auslass (2b) des ersten Pumpenaggregats (2) austretende Medium und einem Auslass (3b) für das im zweiten Pumpenaggregat (3) endverdichtete Medium, und einer Hochdruckverbindungslei- tung (4), die den Auslass (2b) aus dem ersten Pumpenaggregat (2) mit dem Einlass (3a) in das zweite Pumpenaggregat (3) verbindet, wobei die beiden Pumpenaggregate (2, 3) in Reihe geschaltet sind.

Description

Beschreibung
Hochdruckpumpe
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe zum Verdichten eines Kraftstoffs für Verbrennungsmotoren insbesondere auf Drücke über 3000 bar mit einem erstes Pumpenaggregat zum Vorverdichten eines Mediums, mit einem Einlass für das vorzuverdichtende Medium und einem Auslass für das im ersten Pumpenaggregat vorverdichtete Medium, und einem zweiten Pumpenaggregat zum Endverdichten des im ersten Pumpenaggregats vorverdichteten Mediums, mit einem Einlass für das aus dem Auslass des ersten Pumpenaggregats austretende Medium und einem Auslass für das im zweiten Pumpenaggregat endverdichtete Medium, und einer Verbindungslei¬ tung, die den Auslass aus dem ersten Pumpenaggregat mit dem Einlass in das zweite Pumpenaggregat verbindet, wobei die beiden Pumpenaggregate in Reihe geschaltet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Erhöhen eines Ausgangsdrucks auf einen Enddruck von wenigstens 3000 bar.
Die Einspritzdruckanforderungen für Verbrennungsmotoren, insbesondere für Dieselanwendungen, steigen ständig und liegen inzwischen in einem Bereich von deutlich über 2500 bar . Dabei wird Kraftstoff von Hochdruckpumpen auf derartige Druckwerte ver¬ dichtet und bei Common-Rail-Systemen einem Rail (Sammelrohr) zugeführt, von wo er dann über Injektoren in die Brennkammern des Verbrennungsmotors eingespritzt wird. Der Umgang mit derart hohen Drücken stellt besondere Herausforderungen an die durch die hohen Drücke belasteten Pumpenteilkomponenten, die den hohen Drücken entsprechende Festigkeiten aufweisen müssen. Zu nennen ist hier z.B. die hohe Innenhochdruckbelastung des Pumpenzylinders, entsprechend hohe Kontaktspannungen der Ventile und Hubübertragungselemente. Zudem sinkt mit steigendem Druck der volumetrische Wirkungsgrad der Pumpe, was es zunehmend schwie- riger macht, z.B. durch die Gestaltung der physikalisch relevanten Bauteile und Funktionen der Hochdruckpumpe die durch die hohen Drücke entstehenden Festigkeitsansprüchen an Material und Konstruktion zu erfüllen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit be¬ reitzustellen, mit der ein Medium von einem Ausgangsdruck auf einen relativ dazu hohen Enddruck verdichtet werden kann. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft eine Hochdruckpumpe zum Verdichten von Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere zum Erzeugen sehr hoher Drücke, z.B. Drücke über 3000 bar, umfassend ein erstes Pumpenaggregat zum Vorverdichten eines Mediums, mit einem Einlass für das vorzuverdichtende Medium und einem Auslass für das im ersten Pumpenaggregat vorverdichtete Medium, einem zweiten Pumpenaggregat zum Endverdichten des im ersten Pumpenaggregats vorverdichteten Mediums, mit einem Einlass für das aus dem Auslass des ersten Pumpenaggregats austretende Medium und einem Auslass für das im zweiten Pumpenaggregat endverdichtete Medium, und einer Verbindungsleitung, die den Auslass aus dem ersten Pumpenaggregat mit dem Einlass in das zweite Pumpenaggre¬ gat verbindet, wobei die beiden Pumpenaggregate in Reihe ge- schaltet sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anheben eines Druckniveaus eines Ausgangsdrucks eines Mediums auf einen End¬ druckwert insbesondere von wenigstens 3000 bar, wobei in einem ersten Schritt das Medium mit dem Ausgangsdruck in ein erstes Pumpenaggregat eingeleitet und in dem ersten Pumpenaggregat von dem Ausgangsdruck einen Zwischendruckwert auf ein erstes Druckniveau insbesondere von z.B. 800 bar bis 1200 bar angehoben wird, in einem zweiten Schritt das in dem ersten Pumpenaggregat druckerhöhte Medium in ein zweites Pumpenaggregat eingeleitet und in dem zweiten Pumpenaggregat von dem ersten Druckniveau auf den Enddruckwert bzw. das Enddruckniveau insbesondere von über 3000 bar angehoben wird.
Dabei können das erste Pumpenaggregat und das zweite Pumpen¬ aggregat bevorzugt ein gemeinsames Gehäuse aufweisen und/oder gemeinsam eine Hochdruckpumpe bilden. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung .
Bevorzugt werden das erste Pumpenaggregat und das zweite Pum- penaggregat von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung betätigt. Dabei wird von der gemeinsamen Antriebsvorrichtung das erste Pumpenaggregat zeitlich vor dem zweiten Pumpenaggregat betätigt oder angetrieben, sodass dasselbe Medium, das in dem ersten Schritt im ersten Pumpenaggregat verdichtet wird, im zweiten Pumpenaggregat auf einen mit der Hochdruckpumpe erreichbaren Enddruck verdichtet oder angehoben wird. Das heißt, die beiden Pumpenaggregate werden vorteilhafterweise von der einen An¬ triebsvorrichtung synchronisiert angetrieben, was z.B. dadurch erreicht werden kann, dass die beiden Pumpenaggregate fest miteinander verbunden sind, sodass ihre relative Lage zueinander nicht veränderbar ist. Es ist ferner denkbar, dass das erste Pumpenaggregat direkt von der Antriebsvorrichtung und das zweite Pumpenaggregat von der Antriebsvorrichtung indirekt über das erste Pumpenaggregat angetrieben wird, wobei auch diese An- triebskette eine synchronisierte Betätigungsfolge der beiden Pumpenaggregate bewirkt.
Alternativ kann jedes der beiden Pumpenaggregate einen eigenen Antrieb aufweisen. In diesem Fall kann das im ersten Pumpen- aggregat vorverdichtete Medium z.B. einem Zwischendruckspeicher zugeführt werden, wobei der Zwischendruckspeicher so ausgelegt ist, dass das erste Pumpenaggregat durch den Auslass verlassende vorkomprimierte Medium während der Speicherzeit im Wesentlichen keinen Druckverlust erleidet. Der Zwischendruckspeicher versorgt dann das zweite Pumpenaggregat mit dem vorverdichteten Medium. Die Antriebe für die beiden Pumpenaggregate müssen in diesem Fall nicht synchronisiert sein. Das erste Pumpenaggregat solch einer Hochdruckpumpe kann z.B. einen Differenzdruck von 800 bar bis 1200 bar und das zweite Pumpenaggregat einen Differenzdruck von über 1800 bar erzeugen, sodass die Hochdruckpumpe das Medium von einem Anfangsdruck von z.B. 1 bar, 2 bar, 5 bar oder 20 bar am Einlass des ersten Pumpenaggregats, beispielsweise einem Vorförderdruck einer
Intankpumpe oder einer Transferpumpe, auf einen Enddruck von wenigstens 3000 bar verdichten bzw. der Druck am Ausgang des zweiten Pumpenaggregats wenigstens 3000 bar beträgt. Eine Volumenstromregelung der Pumpe kann bevorzugt vor dem oder über das erste Pumpenaggregat erfolgen, z.B. durch ein hydrau¬ lisch kurz vor dem ersten Pumpenaggregat angeordnetes Volumenstrom-Regelventil (VCV) oder durch ein digitales Einlassventil (DIV) im ersten Pumpenaggregat. Anders ausgedrückt kann ein Volumenstrom-Regelventil oder ein digitales Einlassventil vor dem ersten Pumpenaggregat angeordnet sein, um eine Volumenstrom- reglung zu ermöglichen bzw. zu erreichen.
Bei dem ersten und dem zweiten Pumpenaggregat kann es sich um Aggregate in der Form einer Kolbenpumpe bzw. Hubkolbenpumpe handeln . Zum Erzeugen der unterschiedlichen Differenzdrücke in dem ersten und dem zweiten Pumpenaggregat kann ein Durchmesser eines Pumpenkolbens des ersten Pumpenaggregats größer sein als ein Pum- penkolbendurchmesser des zweiten Pumpenaggregats. Auch kann, insbesondere, wenn die beiden Pumpenaggregate durch einen ge¬ meinsamen Antrieb nacheinander angetrieben werden, der Pumpenarbeitsraum des ersten Pumpenaggregats ein größeres Volumen aufweisen, als der Pumpenarbeitsraum des zweiten Pumpenaggregats .
Das erste Pumpenaggregat und das zweite Pumpenaggregat weisen bevorzugt ein gemeinsames Pumpengehäuse auf, sodass die Pumpe mit dem ersten und dem zweiten Pumpenaggregat ein einziges Bauteil bilden. Das heißt, die Pumpe mit dem ersten Pumpenaggregat und dem zweiten Pumpenaggregat bildet eine Einheit, die nur insgesamt z.B. an einen Motor angebaut oder an diesem gewechselt werden kann .
Werden das erste Pumpenaggregat und das zweite Pumpenaggregat gemeinsam von einer Antriebsvorrichtung angetrieben, liegen die beiden Pumpenaggregat bevorzugt auf einer gemeinsamen Linie, bei der es sich je nach Art der Antriebsvorrichtung z.B. um eine Gerade oder eine Kreislinie handeln kann. Insbesondere, wenn das Antriebsaggregat eine Nockenwelle ist, können die beiden Pum- penaggregate auf einer Kreislinie um die Drehachse der Nocken¬ welle angeordnet sein. Die Längsachse des Pumpenkolbens des ersten Pumpenaggregats und die Längsachse des Pumpenkolbens des zweiten Pumpenaggregats können dabei auf der Kreislinie in einem Winkel von 60 Grad bis 120 Grad, bevorzugt von ca. 90 Grad, zueinander stehen, d.h. ein entsprechendes Kreissegment auf¬ spannen .
Die Hochdruckverbindungsleitung, die den Auslass aus dem ersten Pumpenaggregat mit dem Einlass in das zweite Pumpenaggregat verbindet, ist bevorzugt eine im Wesentlichen gerade Leitung oder eine Leitung mit relativ großen Biegeradien mit einer glatten, störungsfreien Innenwand, um das Medium beim Transfer von ersten Pumpenelement zum zweiten Pumpenelement nicht zu beschleunigen, abzubremsen oder zu verwirbeln.
Die Pumpe kann eine Steuerung aufweisen, die z.B. mittels Sensoren feststellen kann, wenn eines der beiden Pumpenaggregate einen Defekt aufweist oder die Zufuhr von Medium zum ersten Pumpenaggregat fehlerhaft oder die Verbindungsleitung unter¬ brochen oder beschädigt ist. Bei der Detektion solcher Fahler kann die Pumpe als Gesamtheit abgeschaltet werden, um Schäden an der Pumpe oder von flussabwärts der Pumpe mit dem Medium zu versorgenden Bauteilen und/oder Vorrichtungen zu verhindern.
Die Antriebsvorrichtung für die Pumpe kann, wie bereits beschrie¬ ben, eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors sein. Bei der Pumpe kann es sich um eine Hochdruckeinspritzpumpe für einen Brennstoff, z.B. einen Dieselkraftstoff, für einen entsprechen- den Verbrennungsmotor z.B. zum Antreiben eines PKW, LKW oder anderen Land-, Wasser- oder Luftfahrzeuges handeln.
Zu den Vorteilen, die eine oben beschriebene Hochdruckpumpe gegenüber bekannten Hochdruckpumpen bietet, zählen unter an- derem:
- Realisierung höchster Raildrücke im Bereich von über 3000 bar;
- Realisierung höchster volumetrischer Wirkungsgrade durch eine Druckdifferenz von weniger als 3000 bar an dem zweiten
Pumpenaggregat ;
- Nutzung von kostengünstigen Standardkomponenten (Hochdruckpumpenelementen) für das erste Pumpenaggregat - Nutzung nur einer Antriebsvorrichtung, z.B. einer Antriebswelle bzw. eines Nockens für eine Hochdruckpumpe gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
- Entkopplung des zweiten Pumpenaggregats für einen Druck von 3000 bar und mehr von der Ventilfunktion (DIV oder VCV) gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung;
- Realisierung der Volumenstromregelung über das weniger belastete erste Pumpenaggregat gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
Für die gesamte Beschreibung und die Ansprüche gilt, dass der Begriff „ein" oder „eine" nicht einschränkend zu verstehen ist. Wenn dieser Begriff als Zahlenangabe gemeint ist, wird dies in der Beschreibung und den Ansprüchen durch Begriffe wie zum Beispiel „einen einzigen" eindeutig kenntlich gemacht. Das heißt, der Begriff „ein" in dieser Beschreibung kann, muss aber nicht, als „wenigstens ein" gelesen werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels mithilfe von Figuren näher erläutert. Merkmale, die nur den Figuren entnommen werden können, zählen zum Umfang der Erfindung und können einzeln und in den gezeigten Kombinationen mit anderen Merkmalen die Erfindung vorteilhaft weiterbilden. Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren illustrierte Ausführungsbeispiel beschränkt . Die Figuren zeigen im Einzelnen :
Figur 1 Pumpe mit Antriebsvorrichtung, in einer Draufsicht
Figur 2 erstes Pumpenaggregat in einer Schnittansicht
Figur 3 zweites Pumpenaggregat in einer Schnittansicht Figur 4 Pumpe der Figur 1 in einer Schnittansicht
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Pumpe 1 mit einem ersten Pumpenaggregat 2 (insbesondere in der Form einer Kolbenpumpe) , einem zweiten Pumpenaggregat 3 (und insbesondere in Form eine Kolbenpumpe) und einer Hochdruckverbindungsleitung 4, die einen nicht sichtbaren Auslass 2b des ersten Pumpenaggregats 2 mit einem nicht sichtbaren Einlass 3a des zweiten Pumpenaggregats 3 verbindet.
Die Pumpe 1 weist ein Pumpengehäuse la auf, mit einer durch einen Flansch 6 verschlossenen Montageöffnung lb, durch die sich eine Antriebswelle 5 einer Antriebsvorrichtung erstreckt, wobei die Antriebsvorrichtung über die Antriebswelle 5 das erste Pumpenaggregat 2 und das zweite Pumpenaggregat 3 antreibt. Wie aus den folgenden Figuren noch klar wird, handelt es sich bei der Antriebswelle 5 um eine Nockenwelle 5, wobei der Antriebsnocken das erste Pumpenaggregat 2 und das zweite Pumpenaggregat 3 zeitlich versetzt betätigt bzw. nacheinander antreibt.
Das Pumpengehäuse la weist drei Anschraublaschen auf, mit der die Pumpe 1 z.B. an einen Motor angeschraubt werden kann. Die Figur 2 zeigt einen Schnitt durch das erste Pumpenaggregat 2. Das Pumpenaggregat 2 weist einen Einlass 2a für z.B. einen Dieselkraftstoff auf, einen (auf- und abbewegbaren) Pumpenkolben 22 und eine Hochdruckkammer bzw. einen Pumpenarbeitsraum 23, dessen zumindest eine Stirnseite von einem Ende des Pumpenkolbens 22 gebildet wird. Der Dieselkraftstoff kann am Einlass 2a bereits einen Vorförderdruck einer fluidisch vor dem Einlass 2a angeordneten Niederdruckvorrichtung aufweisen.
Zwischen dem Einlass 2a und dem Pumpenarbeitsraum 23 ist im Pumpenaggregat 2 des Ausführungsbeispiels ein digitales Ein¬ lassventil 7 mit einem Aktuator 8 angeordnet, das ein Zufluss¬ volumen zu dem Pumpenarbeitsraum 23 regulieren kann. _
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Der Pumpenkolben 22 liegt an einem Rollenstößel 9 an, der von einem Nocken 5a der Nockenwelle 5 linear bewegt wird und dadurch den Pumpenkolben 22 in Richtung eines Saug- und eines Förderhubs bewegt. Der Pumpenkolben 22 wird durch ein Federelement 10 in Richtung des Saughubs vorgespannt. Der Auslass 23a des Pumpen¬ arbeitsraums 23 ist mit der Hochdruckverbindungsleitung 4 verbunden, die den im ersten Pumpenaggregat z.B. auf einen Druck von 800 bar bis 1200 bar vorverdichteten Dieselkraftstoff mit einem Einlass 3a in das zweite Pumpenaggregat 3 verbindet.
Die Figur 3 zeigt einen Schnitt durch das zweite Pumpenaggregat 3, mit dem Einlass 3a, einem Pumpenkolben 32 und einem Pumpenarbeitsraum 33. Der Dieselkraftstoff weist am Einlass 3a im Wesentlichen den Druck auf, mit dem er den Auslass 2b des ersten Pumpenaggregats 2 verlassen hat. Über ein Einlassventil 11 mit einem Aktuator 12 kann der im ersten Pumpenaggregat 2 vorverdichtete Dieselraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 33 des zweiten Pumpenaggregats einströmen und dort von dem Pumpenkolben 32 auf einen Enddruck von über 3000 bar verdichtet werden, bevor er durch einen in der Figur 3 nicht sichtbaren Auslass 33a des Pumpenarbeitsraums 33 z.B. über ein Rail z.B. zu den Einspritzdüsen für den Dieselkraftstoffe in die Verbrennungsräume der Motorzylinder weitergeleitet wird. Auch der Pumpenkolben 32 des zweiten Pumpenaggregats 2 wird von dem Nocken 5a der Nockenwelle 5 über einen Rollenstößel 14 an¬ getrieben und führt einen Saug- und einen Förderhub aus. Wie beim ersten Pumpenaggregat 2 ist der Pumpenkolben 32 durch ein Federelement 13 in Richtung des Saughubs vorgespannt.
Die Figur 4 zeigt einen Schnitt durch die Pumpe 1 mit dem ersten Pumpenaggregat 2 und dem zweiten Pumpenaggregat 3. Beide Pumpenaggregate 2, 3 werden von demselben Nocken 5a angetrieben, der sich im Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn dreht. Die Figur 4 zeigt den Moment, in dem das erste Pumpenaggregat 2 gerade das Ende des Saughubs erreicht hat, das heißt, in dem der Pumpenarbeitsraum 23 ein maximales Volumen aufweist. Das Einlassventil 7 ist noch geöffnet, sodass der Pumpenarbeitsraum 23 noch mit dem Einlass 2a des ersten Pumpenaggregats 2 fluidisch verbunden ist.
Gleichzeitig ist im zweiten Pumpenaggregat 3 das Ende des Förderhubs erreicht, das heißt, der Pumpenarbeitsraum 33 ist vollständig entleert und der einen Druck von 3000 bar aufweisende Dieselkraftstoff wurde durch den Auslass 3b des zweiten Pum¬ penaggregats 3 in z.B. einen gemeinsamen Hochdruckspeicher bzw. ein Sammelrohr (Rail) für die Versorgung der Einspritzventile (Injektoren) des Motors abgegeben.
Ein Vorteil dieser zweistufigen Druckerhöhung des Dieselkraftstoffes ist, dass das erste Pumpenaggregat 2 aus Komponenten einer Großserie zusammengesetzt werden kann, da Hochdruckpumpen, die einen Maximaldruck von z.B. 1200 bar erzeugen technisch beherrschbar und vielfach im Einsatz sind. Das zweite Pumpenaggregat 3 muss dagegen aus Komponenten zusammengesetzt werden, die aufgrund der großen Druckbelastung mit sehr großer Präzision hergestellt werden müssen, um die Hochdruckfestigkeit am Pum¬ penzylinder zu gewährleisten, z.B. durch die Art und Anzahl der Bohrungsverschneidungen, die Ausführung des Einlass- und Auslassventils, und/oder des Hubübertragungselements, beispiels¬ weise dem Stößel. 1 ±
Bezugs zeichenliste
1 Pumpe, Hochdruckpumpe la Pumpengehäuse
lb Montageöffnung
2 erstes Pumpenaggregat
2a Einlass
2b Auslass
3 zweites Pumpenaggregat 3a Einlass
3b Auslass
4 Hochdruckverbindungsleitung
5 Antriebswelle, Nockenwelle 5a Nocken
6 Flansch
7 Einlassventil
8 Aktuator
9 Rollenstößel
10 Federelement
11 Einlassventil
12 Aktuator
13 Federelement
14 Rollenstößel
22 Pumpenkolben
23 Pumpenarbeitsraum
23a Auslass
32 Pumpenkolben
33 Pumpenarbeitsraum
33a Auslass

Claims

Hochdruckpumpe, umfassend
ein erstes Pumpenaggregat (2) zum Vorverdichten eines Me¬ diums, mit einem Einlass (2a) für das vorzuverdichtende Medium und einem Auslass (2b) für das im ersten Pumpenaggregat (2) vorverdichtete Medium, und
ein zweites Pumpenaggregat (3) zum Endverdichten des im ersten Pumpenaggregat vorverdichteten Mediums, mit einem Einlass (3a) für das aus dem Auslass (2b) des ersten Pumpenaggregats
(2) austretende Medium und einem Auslass (3b) für das im zweiten Pumpenaggregat
(3) endverdichtete Medium, und eine Hochdruckverbindungsleitung
(4), die den Auslass (2b) aus dem ersten Pumpenaggregat (2) mit dem Einlass (3a) in das zweite Pumpenaggregat (3) verbindet, wobei
die beiden Pumpenaggregate (2, 3) in Reihe geschaltet sind.
Hochdruckpumpe nach Anspruch 1, wobei das erste Antriebs¬ aggregat (2) und das zweite Antriebsaggregat (3) nacheinander von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung betätigt werden.
Hochdruckpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das erste Pumpenaggregat (2) einen Differenzdruck von 800 bar bis 1200 bar erzeugt und das zweite Pumpenaggregat (3) einen Differenzdruck von über 1800 bar erzeugt.
Hochdruckpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei eine Volumenstromregelung der Pumpe (1) vor dem oder über das erste Pumpenaggregat (2) erfolgt, z.B. durch ein hydraulisch kurz vor dem ersten Pumpenaggregat angeordnetes Volumen¬ strom-Regelventil (VCV) oder durch ein digitales Einlass¬ ventil (DIV) im ersten Pumpenaggregat (2) .
5. Hochdruckpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei ein Durchmesser eines Pumpenkolbens (22) des ersten Pumpenaggregats (2) größer ist als ein Durchmesser eines Pumpenkolbens (32) des zweiten Pumpenaggregats (3).
6. Hochdruckpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei das erste Pumpenaggregat (2) und das zweite Pumpenaggregat (3) ein gemeinsames Pumpengehäuse (la) aufweisen.
7. Hochdruckpumpe nach einem der vorgehenden Ansprüche 2 bis 6, wobei die Antriebsvorrichtung eine Nockenwelle (5) eines Verbrennungsmotors ist.
8. Hochdruckpumpe nach dem vorgehenden Anspruch, wobei ein einziger Nocken (5a) der Nockenwelle (5) beide Pumpenag¬ gregate (2, 3) antreibt.
9. Verfahren zum Anheben eines Druckniveaus eines Ausgangsdrucks eines Mediums auf einen Enddruckwert, insbesondere von wenigstens 3000 bar, wobei
in einem ersten Schritt das Medium mit dem Ausgangsdruck in ein erstes Pumpenaggregat (2) eingeleitet und in dem ersten Pumpenaggregat (2) von dem Ausgangsdruck auf ein erstes Druckniveau, insbesondere von 800 bar bis 1200 bar, angehoben wird,
in einem zweiten Schritt das in dem ersten Pumpenaggregat (2) druckerhöhte Medium in ein zweites Pumpenaggregat (3) eingeleitet und in dem zweiten Pumpenaggregat (3) von dem ersten Druckniveau auf den Enddruckwert angehoben wird.
10. Verfahren nach Anspruch nach Anspruch 9, wobei das erste Pumpenaggregat (2) und das zweite Pumpenaggregat (3) von einer gemeinsamen Antriebsvorrichtung betätigt werden.
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