NL8801198A - Plunjerpompinrichting. - Google Patents

Description

9 » 60.77.1055

Hei-Tech B.V. te Meteren PLONJERPOWPINRICHTING

De uitvinding heeft betrekking op een plunjerpompinrichting 5 met een in een cilinder geleide en daarin beweegbare plunjer, welke cilinder nabij een gesloten uiteinde daarvan is voorzien van een toevoer voor een medium en een af Voer voor dit medium, die beide tot in de cilinder reiken, welke cilinder aan dit gesloten uiteinde is verbonden met een 10 persaansluiting, terwijl voorts is voorzien in ten minste één over de binnenomtrek van de cilinder lopend ringkanaal.

De uitvinding heeft verder betrekking op een plunjer voor toepassing in de plunjerpompinrichting.

Eenvoudigheidshalve zal hierna onder het medium brandstof 15 worden verstaan.

Een dergelijke plunjerpompinrichting, die bijvoorbeeld gebruikt kan worden voor inspuiting van brandstof onder hoge druk in een zuigerverbrandingsmotor, is algemeen bekend. Hierbij is het ringkanaal een brandstofringkanaal 20 welke meestal is verbonden met de toe- respectievelijk afvoer voor de brandstof. De aandrijving van deze bekende plunjerpompinrichting geschiedt bijvoorbeeld door een nokkenas, eventueel via een hefboom en/of stootstangmecha-nisme. Bij de bekende plunjerpompinrichtingen is voorzien 25 in een tussen de cilinder en de plunjer aanwezige nauwe spleet, zodat brandstof onder hoge druk niet gemakkelijk kan weglekken. Eventueel door deze spleet weglekkende brandstof wordt in het brandstofringkanaal opgevangen. Dit brandstof-ringkanaal staat onder relatief lage druk van minder dan 10 30 bar.

Een bezwaar van de bekende plunjerpompinrichting is dat brandstoflekkage vanaf het brandstofringkanaal naar bijvoorbeeld de aandrijving van de plunjer optreedt. Deze lekkage *8801198 *

V

2 door de spleet tussen de plunjer èn de cilinder kent in hoofdzaak twee oorzaken: 1. brandstofdruk in de brandstoftoevoer en de brandstof- afvoer 5 Door de brandstofdruk in de brandstoftoevoer en de brandstofafvoer ontstaat een drukverschil over de spleet, en als gevolg daarvan een visceuze stroming door de spleet. Bij een lage druk in de brandstof-toevoer en brandstofafvoer is deze lekkage klein, 10 maar neemt toe naarmate de druk in de brandstoftoe voer en brandstofafvoer groter wordt. Voor brandstof-systernen moet deze druk op een bepaald niveau worden gehouden om verdamping van vluchtige componenten te voorkomen. Voor dieselolie is bijvoorbeeld in het 15 algemeen een druk van 1,5 bar voldoende. Voor zware brandstof is een hogere druk nodig, omdat deze brandstof op een hogere temperatuur, bijvoorbeeld 130°C, gebracht moet worden. Hierbij worden wel drukken van 5-10 bar toegepast.

20 2. pompwerking in de spleet tussen de plunj er en de cilinder

Tijdens de persslag, als de plunjer naar boven beweegt, staat de plunjer als gevolg van de persdruk onder een axiale drukspanning. Hierdoor is de 25 diameter van de plunjer als gevolg van dwarscontrac- tie toegenomen en is de spleet tussen de plunjer en de cilinder kleiner geworden. Aan het einde van de persslag valt de persdruk weg en wordt de spleet weer groter. De spleet wordt dan gedeeltelijk vol 30 gezogen met brandstof. De plunjer zal daarna nog iets verder naar boven bewegen en vervolgens naar beneden, waardoor brandstof in de spleet wordt meegesleurd naar beneden. Vanuit de onderste stand beweegt de plunjer vervolgens iets naar boven tot .8801198 ♦ 3 aan het begin van de persslag. Op dat moment wordt de spleet weer kleiner en wordt er brandstof uit de spleet geperst. De tijdens de neergaande beweging meegesleurde brandstof wordt gedeeltelijk naar 5 beneden weggeperst. Er vindt op deze manier derhalve een netto transport van brandstof plaats, en dus lekkage door de spleet naar beneden. Deze lekkage neemt toe, als de persdruk hoger wordt. Wat betreft brandstofinspuiting is er een ontwikkeling te zien 10 geweest naar hogere persdrukken, in de orde van grootte van 800-1800 bar.

Het is het doel van de uitvinding een plunjerpompinrichting van de in de aanhef vermelde soort te verschaffen, waarbij de genoemde lekkage van het medium wordt voorkomen, en 15 daartoe heeft een plunjerpompinrichting volgens de uitvinding het kenmerk dat de plunjer is voorzien van ten minste één over zijn buitenomtrek lopende groef die tijdens een plunjerpersslag met het ringkanaal in verbinding staat.

Hierdoor ontstaat tijdens een plunjerpersslag een druk die 20 eventueel lekkend medium, bijvoorbeeld brandstof, in de richting van het ringkanaal doet opstuwen, hetgeen hierna nog zal worden verduidelijkt.

Een uitvoeringsvorm van een plunjerpompinrichting volgens de uitvinding, waarbij de toe- en af voer voor het medium 25 zijn verbonden met een over de binnenomtrek van de cilinder lopend ringkanaal voor dit medium, terwijl de cilinder tevens een eveneens over de binnenomtrek daarvan lopend ander ringkanaal voor een ander medium bevat, welk ander ringkanaal zich tussen het ene ringkanaal voor het ene 30 medium en een plunjeraandrijving bevindt, welk ander ringkanaal met een toevoer voor het andere medium is verbonden, heeft het kenmerk dat de ten minste ene groef tijdens een plunjerpersslag met het ene hetzij het andere ringkanaal in verbinding staat. Voor alle duidelijkheid zal 35 hierna onder het andere medium respectievelijk het andere f8801198 4 ringkanaal olie respectievelijk een olieringkanaal worden verstaan.

Ter voorkoming van de onder eerder genoemde punten 1 en 2 genoemde brandstoflekkage naar de plunjeraandrijving wordt, 5 zoals al is aangegeven, veelal een met een olietoevoer verbonden olieringkanaal over de binnenomtrek van de cilinder aangebracht. Het met zogenaamde sperolie gevulde olieringkanaal bevindt zich tussen het brandstofringkanaal en de plunjeaandrijving. Een bezwaar van deze bekende 10 oplossing is dat er een speciaal speroliesysteem aangebracht moet worden en er zelfs bij een relatief hoge speroliedruk van 20-30 bar toch lekkage van brandstof uit het brandstof-ringkanaal naar het olieringkanaal plaatsvindt.

Een andere methode die wel wordt toegepast om brandstoflek-15 kage te voorkomen is het aanbrengen van een mechanische afdichting tussen de brandstofpomp en aandrijving. Het nadeel hiervan is dat de constructie nogal gecompliceerd en derhalve duur is, en dat de werking toch in de praktijk vaak onvoldoende is.

20 Een verdere uitvoeringsvorm van een plunjerpompinrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de plunjer is voorzien van een bovengroef en een ondergroef, die beide over de buitenomtrek van de plunjer lopen, waarbij de bovengroef respectievelijk de ondergroef tijdens een 25 plunjerpersslag met het ene respectievelijk het andere ringkanaal in verbinding staat.

De uitvinding zal verder worden toegelicht aan de hand van in een tekening weergegeven figuren, waarbij figuur 1 een in een cilinder geleide plunjer volgens de 30 uitvinding weergeeft, waarbij de cilinder in langsdoorsnede is getekend; ,8801198 5 figuur 2 het principe van de werking van een plunjerpompinrichting volgens de uitvinding overeenkomstig I van figuur 1 toont; figuur 3 een langsdoorsnede van een plunjerpompinrichting 5 volgens de uitvinding weergeeft; en figuren 4 en 5 enkele uitvoeringsvormen van een plunjerpomp-inrichting volgens de uitvinding in langsdoorsnede tonen.

In figuur 1 onderscheidt men een in een cilinder 1 beweegbare plunjer 2. De cilinder 1 is aan zijn binnenomtrek 10 voorzien van een brandstofringkanaal 3 en een olieringkanaal 4. De plunjer 2 bevat een bovengroef 5 en een ondergroef 6. Ter hoogte van de bovengroef 5 bevindt zich in de cilinder 1 bijvoorbeeld gasolie. Ter hoogte van de ondergroef 6 bevindt zich bijvoorbeeld smeerolie. Eventueel kunnen de 15 beide media in de beide ringkanalen identiek zijn.

In figuur 2 wordt de werking van een plunjerpompinrichting overeenkomstig figuur 1 volgens de uitvinding in detail toegelicht. Met van links onder naar rechts boven lopende arceerlijnen is smeerolie aangegeven, en met van links 20 boven naar rechts onder lopende arceerlijnen is brandstof aangeduid. De werking wordt beschreven aan de hand van een volledige plunjerbeweging in vijf stappen, waarbij in figuur 2e de plunjer weer is teruggekeerd in de uitgangspositie van figuur 2a.

25 In figuur 2a wordt de situatie weergegeven, juist voordat de persslag van de pomp is beëindigd. Als gevolg van de pompdruk staat de plunjer 2 onder axiale druk, waardoor de diameter van de plunjer 2 is toegenomen en de spleet 16 tussen de plunjer 2 en de cilinder 1 dus klein is. Aangeno-30 men is dat op dat moment de scheiding tussen brandstof en smeerolie zich bevindt waar de bovengroef 5 begint.

r 8801 198 Ί 6

Als de persslag is beëindigd, valt de pompdruk weg en wordt de spleet 16 dus groter. Deze situatie is weergegeven in figuur 2b. Deze groter geworden spleet 16 zal zich vullen met brandstof en smeerolie, waarvan de scheidingslijn 5 gestippeld is aangegeven. Opgemerkt wordt dat dit een vereenvoudigde weergave is en dat er in werkelijkheid in een beperkte zone rondom de scheidingslijn vermenging van brandstof en smeerolie kan ontstaan en dat deze scheidingslijn ook een andere vorm dan een rechte lijn kan aannemen.

10 Dit geldt overigens ook voor de overige figuren.

Hierna zal de plunjer 2 zich verder naar boven bewegen (in de figuur naar rechts), daarna naar onderen, en vervolgens naar boven, totdat het begin van de persslag wordt bereikt. Deze toestand is weergegeven in figuur 2c.

15 Hierna neemt de pompdruk tot de persdruk toe, ten gevolge waarvan de spleet 16 tussen de plunjer 2 en de cilinder 1 kleiner wordt. Hierdoor wordt er brandstof en smeerolie uit de spleet 16 geperst. De scheidingslijn tussen brandstof en smeerolie is ook hier op vereenvoudigde wijze weergegeven 20 (figuur 2d).

Hierna beweegt zich de plunjer 2 naar boven, totdat het einde van de persslag is bereikt (figuur 2e). Hiermee is dus de uitgangspositie van figuur 2a weer bereikt. Er heeft nu een netto transport van smeerolie plaatsgevonden 25 in de richting van het brandstofringkanaal 3, waarmee wordt voorkomen dat er een netto transport van brandstof in de richting van het olieringkanaal 4 plaatsvindt. Dit transport vindt ook niet plaats wanneer de druk van de brandstof hoger is dan de druk van de smeerolie. Het transport van 30 zowel brandstof als smeerolie kan tot nul worden teruggebracht, als hetzij de bovengroef 5 hetzij de ondergroef 6 wordt weggelaten. In dat geval is de brandstofdruk gelijk aan de smeeroliedruk.

8801198 4 7

Figuur 3 toont een langsdoorsnede van een hoge druk plunjer-pompinrichting volgens de uitvinding in de vorm van een hoge druk brandstofpomp. De pomp bevat een cilinder 1 die in een pomphuis 7 is gemonteerd. De in de cilinder 1 geleide 5 plunjer 2 is door middel van een aandrijving 8 heen en weer beweegbaar. Aan de bovenzijde van de plunjer 2 bevindt zich een hoge druk kamer 9 die via een terugslagklep 10 met een hoge druk persaansluiting 11 is verbonden. De brandstof wordt aan de pomp via een toevoerleiding 12 toegevoerd en de 10 overtollige brandstof wordt via een afvoerleiding 13 weer afgevoerd. Een in de cilinder 1 aangebracht brandstofring-kanaal 3 is met de afvoerleiding 13 verbonden. Hierin bevindt zich dus brandstof die nagenoeg dezelfde druk heeft als de druk die heerst in de brandstofafvoerleiding 13.

15 Verder is in de getoonde uitvoering een olieringkanaal 4 aangebracht, waaraan smeerolie via een olietoevoer 14 kan worden toegevoerd. In de plunjer 2 is een bovengroef 5 aangebracht. Deze bovengroef 5 is breder dan het brandstof-ringkanaal 3 en blijft gedurende de persslag hiermee 20 verbonden, of, als het brandstofringkanaal 3 niet aanwezig is, met een leiding 15. In de plunjer 2 is eveneens een ondergroef 6 aangebracht. Deze ondergroef 6 is breder dan het olieringkanaal 4 en blijft hiermee verbonden gedurende de persslag. Tussen de bovengroef 5 en de ondergroef 6 is 25 een cilindrisch deel van de plunjer 2 aanwezig, dat in de cilinder 1 heen en weer beweegt en waarvan de speling met de wand van de cilinder 1 varieert in grootte onder invloed van de pompdruk in de kamer 9. Het effect hiervan is dat er smeerolie uit het olieringkanaal 4 zal worden gepompt in de 30 richting van het brandstofringkanaal 3 en de bovengroef 5, en dat eventueel in deze bovengroef 5 binnengedrongen brandstof zal worden teruggepompt. Hiermee wordt dus een afdichting verkregen.

Als de bovengroef 5 volgens figuur 3 voldoende diep is, 35 kan het brandstofringkanaal 3 vervallen en kan worden volstaan met een boring 15 (zie figuur 4a).

- 8801 1 98 r 8

Als de ondergroef 6 volgens figuur 3 voldoende diep is, kan het olieringkanaal 4 vervallen en kan worden volstaan met een boring 14 (zie figuur 4a).

In plaats van olie kan via de boring 14 volgens figuur 3 ook 5 brandstof worden toegevoegd. Door de ondergroef.6 zal volgens de uitvinding de pompwerking van brandstof naar beneden worden opgeheven en zal alleen lekkage vanuit de ondergroef 6 als gevolg van een heersende druk in de ondergroef 6 optreden. Het is dus zaak deze druk zo klein 10 mogelijk te houden om de lekkage te beperken.

Een uitvoeringsvorm is weergegeven in figuur 4b, waarbij de plunjer 2 enkel is voorzien van een bovengroef 5. Volgens de uitvinding zal hiermee lekkage als gevolg van een pompwerking in de spleet tot nul worden gereduceerd. Er zal 15 alleen lekkage optreden ten gevolge van een eventuele druk die heerst in de groef 5. Deze lekkage kan zodanig kleiner gemaakt worden door boring 15 niet te verbinden met de brandstoftoevoer of brandstofafvoer van de pomp, maar met een lekafvoer die nagenoeg drukloos is.

20 Een verdere uitvoering is weergegeven in figuur 4c. Hier vindt wel lekkage van brandstof plaats vanuit het brandstof-ringkanaal 3 naar de ondergroef 6. Volgens de uitvinding zal door de aanwezigheid van de ondergroef 6 lekkage vanuit de ondergroef 6 naar de aandrijving tot nul worden geredu-25 ceerd. Als in deze uitvoering boring 14 wordt verbonden met een brandstoflekafvóerleiding onder lage druk, zal hiermee de lekkage van brandstof naar beneden klein zijn.

Overigens zijn verdere uitvoeringsvormen volgens het idee van de uitvinding denkbaar, zoals bijvoorbeeld weergegeven 30 in de figuur 4d.

De werking van de afdichting is gebaseerd op het kleiner worden van de speling tussen de plunjer en de cilinder tijdens de persslag van de pomp. Reeds is genoemd dat dit c 880 1198 * 9 gebeurt door de dwarscontractie van het materiaal onder invloed van de persslag.

Dit kleiner worden van de speling kan ook, en in versterkte mate, worden bereikt door een van de volgende constructies: 5 figuur 5a: de plunjer 2 wordt hol gemaakt en deze holle ruimte 19 wordt verbonden met de perskamer van de pomp? figuur 5b: een tweede cilinder 16 wordt aangebracht rondom de cilinder 1, waarin de plunjer 2 geleid wordt, en de ruimte tussen deze cilinders 1 en 16 wordt via een leiding 10 17 verbonden met de perskamer van de pomp? figuur 5c: een cilinder 18 wordt aangebracht rondom de plunjer 2 en de ruimte tussen de plunjer 2, en de cilinder 18 wordt via een leiding 17 verbonden met de perskamer van de pomp.

r8801198

Claims (8)

1. Plunjerpompinrichting met een in een cilinder geleide 5 en daarin beweegbare plunjer, welke cilinder nabij een gesloten uiteinde daarvan is voorzien van een toevoer voor een medium en een afvoer voor dit medium, die beide tot in de cilinder reiken, welke cilinder aan dit gesloten uiteinde is verbonden met 10 een persaansluiting, terwijl voorts is voorzien in ten minste één over de binnenomtrek van de cilinder lopend ringkanaal, met het kenmerk dat de plunjer is voorzien van ten minste één over zijn buitenomtrek lopende groef die tijdens een plunjerpersslag met 15 het ringkanaal in verbinding staat.

2. Plunjerpompinrichting volgens conclusie 1, waarbij de toe- en afvoer voor het medium zijn verbonden met een over de binnenomtrek van de cilinder lopend ringkanaal voor dit medium, terwijl de cilinder 20 tevens een eveneens over de binnenomtrek daarvan lopend ander ringkanaal voor een ander medium bevat, welk ander ringkanaal zich tussen het ene ringkanaal voor het ene medium en een plunjeraandrijving bevindt, welk ander ringkanaal met een toevoer voor 25 het andere medium is verbonden, met het kenmerk dat de ten minste ene groef tijdens een plunjerpersslag met het ene hetzij het andere ringkanaal in verbinding staat.

3. Plunjerpompinrichting volgens conclusie 2, met het 30 kenmerk dat de plunjer is voorzien van een bovengroef en een ondergroef, die beide over de buitenomtrek van de plunjer lopen, waarbij de bovengroef respectievelijk de ondergroef tijdens een plunjerpersslag c 8801 198 11 « met het ene respectievelijk het andere ringkanaal in verbinding staat.

4. Plunjerpompinrichting volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk dat in bedrijfstoestand de druk in het 5 andere ringkanaal lager is dan de druk in het ene ringkanaal.

5. Plunjerpompinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een groef breder is dan het ringkanaal, waarmee deze groef in verbinding 10 staat.

6. Plunjerpompinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat een groef breder is dan nagenoeg de helft van de plunjerpersslag.

7. Plunjerpompinrichting volgens een der voorgaande 15 conclusies, met het kenmerk dat een groef enkele micrometers diep is.

8. Plunjer voor toepassing in een plunjerpompinrichting volgens een der voorgaande conclusies. < 8801198