DE102006016702A1

DE102006016702A1 - Kraftstoffgespülte Kolbenpumpe

Info

Publication number: DE102006016702A1
Application number: DE102006016702A
Authority: DE
Inventors: Torsten Gritzko; Thomas Hamann; Ludwig Maier; Stephan Haas; Wilfried Kaufmann; Holger Schaar
Original assignee: MAN Diesel SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2006-04-08
Filing date: 2006-04-08
Publication date: 2007-10-18
Also published as: KR20070100632A; JP2007278282A; FI122869B; FI20070172A0; JP4991359B2; CN101050746A; CN101050746B; FI20070172A

Abstract

Kolbenpumpe für eine Common-Rail-Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine. Die Kolbenpumpe weist ein Pumpengehäuse (1) auf, in dem mindestens ein Pumpenzylinder (12) ausgebildet ist. Ein Pumpenkolben (2) ist in axialer Richtung beweglich im Pumpenzylinder angeordnet. Über Aussparungen (5a) im Pumpenkolben wird ein zu Ablagerungen neigender Kraftstoff in axiale Richtung gefördert, so dass ein Umspülen des Pumpenkolbens erfolgt. Ablagerungen im Spalt zwischen Pumpenzylinder (12) und Pumpenkolben (2) werden somit wirkungsvoll verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine kraftstoffgespülte Kolbenpumpe, insbesondere für die Anwendung in einem Common-Rail Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine für Schiffsmotoren.
Aus dem Stand der Technik sind Hochdruckpumpen für den Einsatz in Common-Rail-Systemen bekannt. Bei diesen Pumpen handelt es sich in der Regel um Kolbenpumpen bzw. Hubverdrängermaschinen, die sich insbesondere durch niedrige Leckverluste infolge einer Nutabdichtung zwischen dem Pumpenzylinder und dem Pumpenkolben auszeichnen. Die Pumpenkolbenbewegung wird durch ein Kurvengetriebe, wie z.B. einem Nockenantrieb, an dem Pumpenkolben bzw. der Kolbenstange erzeugt.
Beim Einsatz der aus dem Stand der Technik bekannten Pumpen bei Landfahrzeugen sind die geringen Leckageverluste zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben durchweg positiv zu bewerten. Wird allerdings eine Brennkraftmaschine mit Schweröl (HFO) betrieben, wie es beispielsweise im Schiffsmotorenbau der Fall ist, so kommt es auf der Führungsfläche zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben durch den zu pumpenden Kraftstoff, der als Leckagekraftstoff zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben kriecht, zu Ablagerungen. Die Bildung von Ablagerungen durch Schweröl auf der Führungsfläche wird Verlackung genannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Kolbenpumpe bereitzustellen, welche die durch den verwendeten Kraftstoff verursachte Verlackung zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben verhindert.
Die vorliegende Aufgabe wird durch Anspruch 1 der Erfindung gelöst. Die abhängigen Ansprüche sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß wird eine Kolbenpumpe bereitgestellt, die ein Pumpengehäuse aufweist, in dem mindestens ein Pumpenzylinder ausgebildet ist. In einem Pumpenzylinder wird ein Pumpenkolben in axialer Richtung hin und her geführt. Angetrieben wird der Pumpenkolben durch ein Kurvengetriebe bzw. Kurvenscheibe, wie z.B. eine exzentrisch gelagerten Scheibe oder eine Nocke. Zwischen Pumpenkolben und Pumpenzylinder wird ein Raum, der so genannte Arbeitsraum bzw. das Hubvolumen, ausgebildet. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe kann es sich um eine Radialkolbenpumpe oder eine Axialkolbenpumpe mit mehr als einen Kolben handeln. Zwischen dem Pumpenzylinder und dem Pumpenkolben ist mindestens eine Aussparung vorgesehen, in der Kraftstoff in axiale Richtung gefördert wird.
Durch das Vorsehen einer Aussparung zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben, die in der Lage ist, Kraftstoff im Zwischenraum zwischen Pumpenzylinderwand und Pumpenkolben in axialer Richtung, d.h. in Bewegungsrichtung des Pumpenkolbens zu führen, wird die Führungsfläche bzw. der Führungsbereich zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben mit Kraftstoff gespült. Durch das Spülen der Führungsfläche mit Kraftstoff, wie z.B. Schweröl, kann es nicht zu Ablagerungen im Bereich der Führungsfläche kommen und die Verlackung wird wirkungsvoll verhindert. Vorzugsweise ist die Förderrichtung des Kraftstoffs, der zum Spülen verwendet wird, weg von dem Hubvolumen der Kolbenpumpe hin zur Pumpenkolbenstange. Erfindungsgemäß ist die Kolbenpumpe für alle Kraftstoffe geeignet, die zu Ablagerungen in dem Spalt zwischen Pumpenkolben und Pumpenzylinder neigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird nicht der von der Kolbenpumpe zu fördernde Kraftstoff zum Spülen der Führungsfläche bzw. zum Umspülen des Pumpenkolbens verwendet, sondern es wird über eine Zuführöffnung gesonderter Kraftstoff zum Spülen bereit gestellt, der dann wieder über eine Ablauföffnung aus dem Bereich zwischen Pumpenzylinder und Pumpenkolben abfließen kann. Zu- und Ablauföffnung bestehen jeweils aus einer Ringnut im Pumpenzylinder und einer Bohrung im Pumpengehäuse. Der nicht über die Ablauföffnung abgeflossene Kraftstoff kann ferner über eine Auffangöffnung abgeleitet werden. Die Auffangöffnung ist vorzugsweise in Fließrichtung des für die Spülung verwendeten Kraftstoffs hinter der Ablauföffnung angeordnet und besteht ebenso aus einer Ringnut im Pumpenzylinder und einer Bohrung im Pumpengehäuse.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Aussparung im Pumpenkolben vorgesehen, um möglichst niedrige Herstellkosten zur verwirklichen. Obwohl nach dieser Ausgestaltung die Aussparung im Pumpenkolben vorgesehen ist, kann erfindungsgemäß auch eine Kombination mit Aussparungen im Pumpenkolben und im Pumpenzylinder verwirklicht werden. Die Aussparungen können auf dem Kolben in verschiedenen Formen verwirklicht sein, die auch kombiniert werden können. Beispielsweise können Längsnuten, Quernuten oder auch spiralförmige Nuten in Längsrichtung des Pumpenkolbens vorgesehen sein. Ferner ist es möglich, mittels auf dem Pumpenkolben ausgebildeten Vertiefungen Fördernäpfchen auszubilden, die den Kraftstoff entlang der Führungsfläche fördern.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Kolbenpumpe gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer Kolbenpumpe gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer Kolbenpumpe gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe.
1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kolbenpumpe, wobei in dieser Ausführungsform Längsnuten auf der Mantelfläche des Pumpenkolbens ausgebildet sind. Durch ein nockenförmiges Kurvengetriebe, hier eine elliptische Nocke, wird der Pumpenkolben 2 in dem Pumpengehäuse 1, d.h. in dem Pumpenzylinder 12 auf- und ab bewegt. Dabei bilden Pumpenzylinder 12 und Pumpenkolben 2 ein Hubvolumen 13 in dem Pumpengehäuse 1 aus. Über eine Zuführbohrung 4 wird einer im Pumpenzylinder ringförmig ausgebildeten Zuführringnut 3 Kraftstoff zugeführt. Über die Aussparungen 5a gelangt der zugeführte Kraftstoff zur Ablaufringnut 6, über die der Kraftstoff dann in die im Pumpengehäuse 1 ausgebildete Ablaufbohrung 8 gelangt. Zu- und Rücklauf weisen vorzugsweise einen Druckunterschied auf. Über die Ablaufbohrung 8 kann der Kraftstoff dann in ein Behältnis zur weiteren Verwendung als Kraftstoff oder zum Umspülen des Pumpenkolbens geleitet werden. Ferner ist auch eine direkte Weiterverwendung ohne Auffangen in einem gesonderten Behältnis denkbar. Es sei darauf hingewiesen, dass zum Umspülen des Pumpenkolbens anstatt des zu pumpenden Kraftstoffs, wie z.B. Schweröl, auch jede andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden kann, sofern gewährleistet ist, dass die Flüssigkeit die Verlackung zwischen Pumpenkolben und Pumpenzylinder verhindert.
Unterhalb der Ablaufringnut 6 ist eine Auffangringnut 7 ausgebildet, die mit einer Auffangbohrung 9 in Fließverbindung steht. Überschüssiger Kraftstoff, der nicht über die Ablauföffnung 6, 8 abgeflossen ist, kann über diese Auffangöffnung 7, 9 aufgefangen werden und gelangt so nicht in den Schmierölbereich.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die im Wesentlichen der von 1 entspricht. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede aufgezeigt. In der zweiten Ausführungsform der Erfindung wurde der Abstand zwischen der Zuführringnut 3 und der Ablaufringnut 6 vergrößert, so dass ein größerer Bereich der Führungsfläche zwischen Pumpenkolben 2 und Pumpenzylinder 12 durchspült wird. Ferner ist die Aussparung in Form einer spiralförmigen Ringnut 5b um den Pumpenkolben 2 ausgebildet. Auch durch die spiralförmig ausgebildete Ringnut 5b wird der Kraftstoff in axiale Richtung gefördert, denn durch die Auf- und Abbewegung würde der Kraftstoff selbst bei einer quer verlaufenden Ringnut in axiale Richtung gefördert.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 3 gezeigt. Die dritte Ausführungsform zeigt eine breite Ringnut 5c im Pumpenkolben als Aussparung. Ferner sind die Ablaufbohrung 8 und die Ablaufbohrung 9 miteinander über die Ablaufringnut 7 im Pumpenzylinder 12 verbunden, somit wird nur noch eine Bohrung benötigt, die aus dem Zylindergehäuse herausführt. Bezugszeichen 14 zeigt den Abstand von der Unterkante Zuführringnut zur Oberkante der breiten Ringnut 5c. Der Abstand ist die Dichtfläche, die gegenüber der Zuführringnut 3 ausgebildet wird, wenn die breite Ringnut 5c mit der Ablauföffnung 6, 8, 7, 9 in Fließverbindung steht.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung ist in 4 gezeigt. 4 unterscheidet sich von der dritten Ausführungsformen dahingehend, dass die Aussparung aus einer kombinierten Form aus Längsnut 5a und Quernut 5c besteht. Ferner weist die vierte Ausführungsform wie die erste und zweite Ausführungsform eine Auffangöffnung 7, 9 auf. Die Auffangöffnung 7, 9 besteht aus Auffangringnut 7 und Auffangbohrung 9.

1: Pumpengehäuse
2: Pumpenkolben
3: Zuführringnut
4: Zuführbohrung
5a: Aussparung als Längsnut
5b: Aussparung als spiralförmige Ringnut
5c: Aussparung als Quernut
6: Ablaufringnut
7: Auffangringnut
8: Ablaufbohrung
9: Auffangbohrung
10: Ablaufbohrung
11: Ablaufringnut
12: Pumpenzylinder
13: Hubvolumen
14: Abstand von der Unterkante Zuführringnut zur Oberkante Aussparungsquernut

Claims

Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage einer Brennkraftmaschine zum Fördern von Kraftstoff in einem System mit gemeinsamer Druckleitung mit einem Pumpengehäuse (1) in dem mindestens ein Pumpenzylinder (12) ausgebildet ist, in welchem ein Pumpenkolben (2) angeordnet ist, der in axialer Richtung entlang eines Führungsbereichs beweglich ist und an einem zylinderseitigen Ende des Pumpenkolbens (2) mit dem Pumpenzylinder (12) ein Hubvolumen (13) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass im Führungsbereich zwischen dem Pumpenzylinder (12) und dem Pumpenkolben (2) mindestens eine Aussparung (5a, 5b, 5c) vorgesehen ist, in der Kraftstoff in axiale Richtung gefördert wird.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff im Wesentlichen axial in eine vom Hubvolumen (13) weg führende Richtung gefördert wird.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Zuführöffnung (3, 4) im Pumpenzylinder (12) der Aussparung (5a, 5b, 5c) Kraftstoff zugeführt wird.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Ablauföffnung (6, 8, 10, 11) im Pumpenzylinder (12) der von der Aussparung (5a, 5b, 5c) her zufließende Kraftstoff abgeleitet wird.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dem Hubvolumen (13) abgewandten Seite des Pumpenzylinders (12) eine Auffangöffnung (7, 9) vorgesehen ist, die überschüssigen Kraftstoff abführt.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5a, 5b, 5c) in dem Pumpenkolben (2) und/oder dem Pumpenzylinder (12) vorgesehen ist.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5a) zumindest abschnittsweise in Form einer Längsnut (5a) vorgesehen ist.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5b) zumindest abschnittsweise in Form einer Nut in Umfangsrichtung (5b) vorgesehen ist.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5c) zumindest abschnittsweise in Form einer spiralförmigen Nut (5c) vorgesehen ist.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kolbenpumpe um eine Radial- oder Axialkolbenpumpe zum Einsatz im Hochdruckbereich handelt.
Kolbenpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Brennkraftmaschine um einen mit Schweröl betrieben Schiffsmotor handelt.
Brennkraftmaschine mit einer Kolbenpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 11.