DE69923733T2

DE69923733T2 - Brennstoffpumpe und Filterzusammenbau für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69923733T2
Application number: DE69923733T
Authority: DE
Inventors: John J. Marlow Purcell; Peter Darlington Leach
Original assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Engine Co Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Engine Co Inc
Current assignee: Iveco UK Ltd; Cummins Ltd; CNH UK Ltd; Cummins Inc
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2019-06-05
Also published as: GB9814084D0; DE69923733D1; GB2338990A; US6468055B1; JP4285839B2; EP0969202B1; EP0969202A2; JP2000034961A; EP0969202A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffpumpen- und Filterbaugruppe für einen Motor, insbesondere für einen Kompressionszündungs-(Diesel-)Motor.
In einem Dieselmotor, der mit einem Kraftstoffsystem mit einer gemeinsamen Hochdruck-Leitung (HPCR) arbeitet, saugt eine Niederdruck-Speisepumpe Kraftstoff von dem Kraftstofftank an und liefert ihn an eine Hochdruck-Pumpe, die die gemeinsame Kraftstoffleitung mit Druck beaufschlagt. Es ist nicht wünschenswert, den Kraftstoff-Filter auf der Saugseite der Niederdruck-Pumpe anzuordnen, weil Niederdruck-Speisepumpen, wie zum Beispiel Zahnradpumpen, Rotorpumpen mit innenverzahntem Rotor und Flügelzellenpumpen nicht in der Lage sind, eine hohe Saugkraft ohne die Gefahr einer Kavitation zu erzeugen. Entsprechend ist der Treibstoff-Filter normalerweise zwischen der Niederdruck-Speisepumpe und der Hochdruck-Pumpe angeordnet.
In einer HPCR-Pumpe, in der die Niederdruck-Speisepumpe in der gleichen Einheit angeordnet ist, wie die Hochdruck-Pumpe, ist der Filter an einer entfernten Stelle angeordnet, und es sind Kraftstoffleitungen erforderlich, um den Kraftstoff von dem Auslass der Niederdruck-Pumpe zum Kraftstoff-Filter und dann zurück von dem Filter zum Einlass der Hochdruck-Pumpe zu führen. Diese Leitungen oder Rohre führen zu hohen Montage- und Bauteil-Kosten. Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise in einem landwirtschaftlichen Fahrzeug, bergen freiliegende Rohre weiterhin die Gefahr, dass sie von Gegenständen auf dem Feld getroffen werden, wodurch größere Wartungskosten verursacht werden.
Die FR-A-958323, die auf einen Flugzeugmotor gerichtet ist, schlägt die Einfügung nicht nur einer Niederdruck-Pumpe und einer Hochdruck-Pumpe in die gleiche Einheit vor, sondern auch die Integration des Kraftstoff-Filters in diese Einheit vor. Damit ist jedoch das Filter nicht mehr ohne weiteres zugänglich.
In der GB-B-1411327 ist eine Kraftstoff-Speisepumpe in eine Halterung eingefügt, die ein Filtergehäuse trägt, wodurch die Notwendigkeit für ein externes Rohr zwischen der Pumpe und dem Filter vermieden wird. Verständlicherweise nimmt aufgrund des Vorhandenseins der Speisepumpe die Halterung einen beträchtlichen Raum ein. Weiterhin ist die Halterung mit einer Kraftstoff-Einspritzpumpe verbunden, wodurch sich das Filtergehäuse unter einem Winkel gegenüber der Einspritzpumpe erstreckt, wodurch wiederum die Gesamtabmessungen der Pumpenbaugruppe vergrößert werden. Derartige Baugruppen würden nicht mehr in heutige Motoren passen, bei denen der Raum kostbar ist.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die vorstehenden Nachteile dadurch zu mildern, dass eine Niederdruck- und eine Hochdruck-Pumpe und ein dazwischen angeordnetes Filter in einer derartigen Weise angeordnet werden, dass die Gesamtabmessungen der Baugruppe soweit wie möglich verringert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Baugruppe geschaffen, die eine von dem Motor angetriebene Niederdruck-Pumpe zum Ansaugen von Kraftstoff von einem Vorratsbehälter und eine von dem Motor angetriebene Hochdruck-Pumpe, die so angeschlossen ist, dass sie von der Niederdruck-Kraftstoffpumpe angesaugten Kraftstoff unter Druck an eine gemeinsame Kraftstoffleitung liefert, sowie Kraftstoff-Filtereinrichtungen umfasst, die mit einem Kraftstoff-Filter-Kopf in dem Kraftstoff-Strömungspfad zwischen der Niederdruck- und der Hochdruck-Pumpe verbunden sind, wobei der Kraftstoff-Filter-Kopf mit einem ersten Strömungskanal, der es dem von der ersten Niederdruck-Pumpe mit Druck beaufschlagten Kraftstoff ermöglicht, an eine Seite der Kraftstoff-Filtereinrichtung geliefert zu werden, und einem zweiten Strömungskanal ausgebildet ist, der mit der anderen Seite der Filtereinrichtung verbunden ist, um es zu ermöglichen, dass der gefilterte Kraftstoff der Hochdruck-Pumpe zugeführt wird.
Die Baugruppe ist dadurch gekennzeichnet, dass:

– die Niederdruck- und die Hochdruck-Pumpe in einem gemeinsamen Pumpeneinheit-Gehäuse angeordnet sind; und
– der Kraftstoff-Filter-Kopf allgemein L-förmig ist und eine erste Platte, die mit dem Pumpeneinheit-Gehäuse verbunden ist und eine Ausnehmung umfasst, die eine der Wände der Arbeitskammer der Niederdruck-Pumpe bildet, und eine zweite Platte aufweist, die sich allgemein unter einem rechten Winkel bezüglich der ersten Platte erstreckt, um die Kraftstoff-Filtereinrichtungen zu befestigen, die ein Filterelement enthalten.

Die Erfindung wird nunmehr weiter in Form eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine perspektivische Ansicht eines mit einer HPCR-Pumpeneinheit ausgerüsteten Motors ist;
2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine HPCR-Pumpeneinheit zeigt, die mit einem Filterkopf versehen ist;
3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der HPCR-Pumpeneinheit und des Filterkopfes nach 2 ist;
4 eine perspektivische Ansicht des Filterkopfes bei Betrachtung von einer Seite und von unten aus ist, wobei die Kraftstoff-Strömungskanäle in gepunkteten Linien gezeigt sind; und
5 eine perspektivische Ansicht des Filterkopfes bei Betrachtung von der anderen Seite und von unten aus, wobei die Kraftstoff-Strömungskanäle wieder in punktierten Linien gezeigt sind.
1 zeigt einen Reihen-Kolben-Dieselmotor 10, der mit einem Kraftstoffsystem mit einer gemeinsamen Hochdruck-Leitung (HPCR) arbeitet, wie dies weiter unten beschrieben wird. Die meisten der inneren Bauteile des Motors, wie zum Beispiel die Kurbelwelle, die Kolben, die Pleuelstangen usw., sind für den Fachmann gut bekannt und werden nicht im einzelnen beschrieben. Der Motor ist ein Stößelstangen-Motor, der einen Motorblock 11, einen Zylinderkopf 12 und eine Kipphebel-Abdeckung 14 umfasst. Ein Einlasskrümmer 16 liefert Luft an die Zylinder des Motors, und eine gemeinsame Kraftstoff-Leitung 18, die mit (nicht gezeigten) Einspritzdüsen verbunden ist, liefert Kraftstoff zur Verbrennung. Der Kraftstoff in der Kraftstoff-Leitung 18 wird mit Hilfe einer Pumpeneinheit 22 mit Druck beaufschlagt, die mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben wird. Es ist aus 1 klar, dass die Pumpeneinheit 22 in einem beschränkten Raum befestigt ist, der unter einem Luftkompressor 24 und einer Lenkungs-Servopumpe 26 angeordnet ist. Aufgrund der Raumbeschränkungen muss die Pumpe 22 so konstruiert werden, dass die externen Rohrleitungen, mit denen sie verbunden werden muss, auf ein Minimum gehalten werden.
Die in den 2 bis 5 gezeigte Pumpeneinheit 22 enthält zwei (nicht gezeigte) getrennte Pumpen in einem gemeinsamen Gehäuse. Die erste Pumpe ist eine Niederdruck-Zahnradpumpe zum Ansaugen von Kraftstoff von dem Vorratsbehälter oder -tank, während die zweite Pumpe eine Hochdruck-Pumpe zur Druckbeaufschlagung der Kraftstoff-Sammelleitung 18 ist. Derartige Pumpeneinheiten sind bereits bekannt und üblich, wobei jede der zwei Pumpen äußere Einlass- und Auslass-Anschlüsse hat. Die Pumpen können nicht miteinander innerhalb des Gehäuses verbunden werden, weil es erforderlich ist, einen Kraftstoff-Filter zwischen dem Auslass der Niederdruck-Pumpe und dem Einlass der Hochdruck-Pumpe zu befestigen.
Daher sind üblicherweise vier Rohre erforderlich, um alle die erforderlichen Verbindungen zu der Pumpe herzustellen, nämlich ein Rohr, das von dem Kraftstoff-Vorratsbehälter zum Einlass der Niederdruck-Pumpe führt, ein Filter-Speiserohr, das von dem Auslass der Niederdruck-Pumpe zu dem Kraftstoff-Filter führt, ein Filter-Rücklaufrohr, das von dem Filter zurück zum Einlass der Hochdruck-Pumpe führt, und ein Hochdruck-Rohr, das von der Hochdruck-Pumpe zu der gemeinsamen Kraftstoff-Speiseleitung führt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Notwendigkeit für eines dieser Rohre beseitigt. Obwohl es auch möglich ist, das Filter-Rücklaufrohr fortzulassen, beseitigt die dargestellte Ausführungsform lediglich die Notwendigkeit eines externen Rohres von dem Auslass der Niederdruck-Pumpe zu dem Filter.
In den 2 und 3 ist ein Filter-Kopf 30 gezeigt, der lösbar mit der Pumpeneinheit 22 verbunden ist. Der Filter-Kopf 30 ist allgemein L-förmig und weist eine erste Platte 30a, die mit der Pumpeneinheit 22 verschraubt ist, und eine zweite Platte 30b auf, die als Filterbefestigungsplatte wirkt. Ein auswechselbarer Filter 48, der ein (nicht gezeigtes) Filterelement enthält, wird mit Hilfe einer Schraubverbindung 50 an der Filterbefestigungsplatte 30b über eine mit Gewinde versehene Mittelöffnung 46 verbunden. Wenn dies erwünscht ist, kann eine (nicht gezeigte) elektrische Kraftstoff-Heizeinrichtung zwischen dem Filtergehäuse 48 und der Befestigungsplatte 30b eingesetzt werden.
Die Hochdruck-Pumpe ist innerhalb der Einheit 22 enthalten. Die Niederdruck-Pumpe hat andererseits eine Arbeitskammer 32, die in einer ersten Platte 30a des Filter-Kopfes ausgenommen ist. Zwei (nicht gezeigte), miteinander kämmende Zahnräder sind in der Arbeitskammer 32 untergebracht und werden vom Inneren der Pumpeneinheit 22 aus angetrieben. Wenn sich die Zahnräder in der Richtung der Pfeile 34 nach 4 drehen, wird Kraftstoff durch eine Öffnung 38 eines Kanals 36 angesaugt, der zu einer (nicht gezeigten) Verbindungseinrichtung für das Kraftstoff-Zufuhrrohr von dem Kraftstoff-Tank führt.
Der von der Niederdruck-Zahnradpumpe gepumpte Kraftstoff verlässt die Arbeitskammer 32 über eine Öffnung 42 eines Kanals 40, der zu einer Öffnung 44 in der Filterbefestigungsplatte 30b führt, die auf einer Seite des Filterelements in dem Filtergehäuse 48 liegt. Nach dem Durchlaufen in Radialrichtung nach innen durch das zylindrische Filterelement 48 tritt der gefilterte Kraftstoff durch die Mittelöffnung 46 in der Filter-Befestigungsplatte 30b aus und strömt über einen weiteren Kanal 54 in der Filterbefestigungsplatte 30b zu einer Öffnung 56, der eine (nicht gezeigte) Anschlußverbindung für die (nicht gezeigte) Filterrücklaufleitung aufnimmt, die den gefilterten Kraftstoff zu dem Einlass 62 der Hochdruckpumpe der Einheit 22 leitet.
Der Filter-Kopf 30 ist aus einem Aluminium- oder anderem Metallgussteil gebildet, und die verschiedenen Kanäle können zweckmäßigerweise im Inneren während des Gussvorgangs gebildet werden. Alternativ können die Kanäle maschinell in das Gussteil eingearbeitet werden, und ihre Enden können durch Stopfen verschlossen werden.
Es ist klar, dass wenn die Pumpeneinheit derart ausgelegt ist, dass der Einlass an die Hochdruck-Pumpe unterhalb der Platte 30a liegt, es möglich sein würde, auch die Filterrücklauf-Leitung fortzulassen und sie durch einen weiteren Kanal zu ersetzen, der in dem Gussteil des Filter-Kopfes gebildet ist.
Es sei erwähnt, dass verschiedene andere Komponenten der Pumpeneinheit in der Zeichnung gezeigt sind, dass diese jedoch hier nicht im einzelnen beschrieben werden müssen, weil sie in einer im Handel erhältlichen Pumpeneinheit enthalten sind, die von der Firma Robert Bosch hergestellt wird.
Durch Verwenden der vorliegenden Erfindung wird die Notwendigkeit für zumindest ein externes Rohr, das zu oder von dem Filter führt, dadurch vermieden, dass der Filter-Kopf direkt an der Pumpeneinheit befestigt wird oder dieser als ein Teil des Gehäuses der Pumpeneinheit gebildet wird.
Es wird bevorzugt, den Filterkopf als Teil des Gehäuses der Niederdruck-Pumpe zu bilden, so das der erste interne Strömungskanal in dem Kraftstoff-Filter-Kopf eine dauerhafte interne Verbindung zwischen dem Auslass der Niederdruck-Pumpe und dem Filter bilden kann. Es wird weiterhin bevorzugt, dass der Kraftstoff-Filter-Kopf eine der Wände der Arbeitskammer bildet. In diesem Fall kann die Verbindung von dem Filter-Kopf zu dem Einlass der Hochdruck-Pumpe mit Hilfe eines externen Rohres erfolgen, doch ist es alternativ möglich, die HPCR-Pumpeneinheit derart zu konstruieren, dass der Filter-Kopf außerdem über den Einlass der Hochdruck-Pumpe liegt und direkt mit diesem in Verbindung steht, so dass vollständig externe Rohre zu und von dem Filter fortgelassen werden können.
Es ist alternativ möglich vorzusehen, dass der zweite Strömungskanal in dem Kraftstoff-Filter-Kopf eine dauernde Verbindung mit dem Einlass der Hochdruck-Pumpe bildet und ein externes Rohr vorzusehen, dass von dem Auslass der Niederdruck-Pumpe zu dem Filter führt.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass andere Ausführungsformen verwendet werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er im Anspruch 1 definiert ist.

Claims

Eine Baugruppe, die eine von einem Motor angetriebene Niederdruck-Pumpe zum Ansaugen von Kraftstoff von einem Vorratsbehälter und eine von dem Motor angetriebene Hochdruck-Pumpe, die zur Lieferung von von der Niederdruck-Kraftstoffpumpe angesaugtem Kraftstoff unter Druck zu einer gemeinsamen Kraftstoffleitung (18) verbunden ist, und Kraftstoff-Filtereinrichtungen (48) umfasst, die mit einem Kraftstoff-Filter-Kopf (30) in dem Kraftstoff-Strömungspfad zwischen der Niederdruck- und der Hochdruck-Pumpe verbunden sind, wobei der Kraftstoff-Filter-Kopf (30) mit einem ersten Strömungskanal (40), der es ermöglicht, dass von der Niederdruck-Pumpe mit Druck beaufschlagter Kraftstoff, an eine Seite der Kraftstoff-Filtereinrichtungen (48) geliefert wird, und einem zweiten Strömungskanal (54) ausgebildet ist, der mit der anderen Seite der Filtereinrichtungen (48) verbunden ist, um die Lieferung von gefiltertem Kraftstoff an die Hochdruck-Pumpe zu ermöglichen, und dadurch gekennzeichnet, dass: – die Niederdruck- und die Hochdruck-Pumpe in einem gemeinsamen Pumpeneinheit-Gehäuse (22) angeordnet sind; und – der Kraftstoff-Filter-Kopf (30) allgemein L-förmig ist und eine erste Platte (30a), die mit dem Pumpeneinheit-Gehäuse (22) verbunden ist und eine Ausnehmung (32) umfasst, die eine der Wände der Arbeitskammer der Niederdruck-Pumpe bildet, und eine zweite Platte (30b) aufweist, die sich allgemein unter einem rechten Winkel bezüglich der ersten Platte (30a) erstreckt, um die Kraftstoff-Filtereinrichtungen (48) zu befestigen, die ein Filterelement enthalten.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strömungskanal (40) durch eine dauernde Verbindung im Inneren des Kraftstoff-Filter-Kopfes (30) zwischen dem Auslass (42) der Niederdruck-Pumpe und dem Filterelement (48) gebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von dem Filter-Kopf (30) zu dem Einlass (62) der Hochdruck-Pumpe mit Hilfe eines externen Rohres bewirkt wird.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) der Pumpeneinheit in einer derartigen Weise ausgebildet ist, dass der Filter-Kopf (30) zusätzlich über dem Einlass (62) der Hochdruck-Pumpe liegt und mit diesem direkt in Verbindung steht.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Strömungskanal (54) in dem Kraftstoff-Filter-Kopf (30) dauernd intern mit dem Einlass der Hochdruck-Pumpe verbunden ist.
Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter-Kopf (30) als ein Gussteil gebildet ist.
Baugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungskanäle (40, 54) als Teil des Gussteils gebildet sind.
Baugruppe nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gussteil aus Aluminium besteht.