SE530565C2 - Bränslepumpanordning - Google Patents

Description

25 30 35 530 555 värmning av kolven och cylindern då bränsle med en hög hastighet strömmar igenom spelet i kontakt med kolvens och cylindems ytor. Denna ytterligare uppvärmning av kolven och cylindern ökar spelet ytterligare, vilket resulterar i ett ännu större bränsle- läckage. Under drift av konventionella högtryckspumpar uppkommer således en rela- tivt kraftig uppvärmning av kolven och cylindern. Denna kraftiga uppvärmning resulte- rar i ett stort läckflöde av bränsle och en reducerad verkningsgrad hos bränslepumpen.

Det höga bränsletrycket kan i sig även orsaka en uttöjning av cylindern med ett ökat spel som följd mellan kolvens och cylinderns ytor. Uttöjningen av cylindern är även temperaturberoende.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Syftet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla bränslepumpsanordning med en bränslepump som kan ge bränsle ett högt tryck med en god verkningsgrad.

De ovan angivna syftena uppnås med bränslepumpsanordriíngen av det inledningsvis nämnda slaget, vilken kännetecknas av de särdrag som anges i patentkravets l känne- tecknande del. Med hjälp av ett sådant temperaturreglerande medel kan bränslepum- pens tryckalstrande komponenter tillhandahålla en temperatur inom det förbestämda temperaturintervallet väsentligen oberoende av bränslepumpens belastning. Genom att göra temperaturintervallet tämligen smalt kan de ingående komponentemas temperatur endast variera i en relativt ringa grad och komponenternas värmeutvidgning blir där- med mycket liten. Skillnaden i värmeutvidgning mellan de tryckalstrande komponen- terna blir därmed väsentligen försumbar. Därmed kan det befintliga spelet mellan de tryckalstrande komponenterna hållas på en väsentligen konstant nivå då de har en tem- peratur inom det törbestäinda temperaturintervallet. Eftersom spelet väsentligen inte ändras under drift av bränslepumpen kan de tryckalstrande komponenterna dimensio- neras så att nämnda spel blir mycket litet inom det törbestämda temperaturintervallet.

Därmed kan läckageflödet av bränsle hållas på en extremt låg nivå. Bränslepumpen kan därmed arbeta med en hög verkningsgrad även då mycket höga bränsletryck alst- I' GS.

Enligt en uttöringsform av föreliggande uppfinning innefattar nämnda temperaturregle- rande medel ett medium som är anpassat att strömma genom bränslepumpen i en pas- sage som sträcker sig genom nämnda område. Genom att leda ett medium med en lämplig temperatur genom passagen tillhandahålls ett värmeutbyte mellan mediet och 10 15 20 25 30 35 530 555 de tryckalstrande komponenterna som är belägna i omrâdet. Om komponentemas tem- peratur håller på att stiga till en nivå över ett högsta acceptabelt värde i temperaturin- tervallet leds ett medieflöde som har en lämplig temperatur genom passagen för att kyla komponenterna. Om istället komponentemas temperatur i området håller på att sjunka till en nivå under ett lägsta acceptabelt värde i temperaturintervallet leds ett me- dieflöde som har en lämplig temperatur genom passagen för att värma komponenterna.

Nämnda temperaturreglerande medel kan innefatta en ventil med vilken det är möjligt att styra flödet av mediet som strömmar genom nämnda passage. I och med det kan mediets flödesmängd genom området regleras på ett enkelt sätt liksom den kyleffekt eller värmeeffekt som tillförs de tryckalstrande komponenterna. Med fördel innefattar nämnda temperaturreglerande medel en temperaturgivare som är positionerad så att den avkänner en temperatur som är relaterad till temperaturen i området. Därmed kan den aktuella temperaturen i området utnyttjas som en pararneter för att reglera tempera- turen i området. Företrädesvis innefattar bränsleanordningen en styrenhet som mottar denna information och styr ventilen så att den tillför mediet en mängd som möjliggör upprätthållandet av en temperatur i området inom det förbestämda temperaturinterval- let.

Enligt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning är nämnda medium, som leds till bränslepumpen, anpassat att ha en temperatur som ligger inom nämnda tempe- raturintervall. Om ett rikligt medieflöde leds genom passagen tillhandahålls en tempe- ratur i området vilken väsentligen motsvarar mediets temperatur. Ett medium med en sådan temperatur kan således utnyttjas både för att tillhandahålla en kylning av de tryckalstrande komponenterna om de har en för hög temperatur och en uppvärmning om de har en för låg temperatur. Nämnda medium kan vara kylvätska som även ut- nyttjas i ett kylsystem för att kyla en törbränningsmotor. Att utnyttja redan befintliga kylvätska i ett fordon för att kyla bränslepumpen medför att det temperaturreglerande medel kan utformas tämligen enkelt och innefatta tämligen få komponenter. Det är dock möjligt att även utnyttja andra befintliga vätskor i ett fordon för att kyla bränsle- pumpen såsom exempelvis dieselolja, bensin etc.. Det är även möjligt att utnyttja ett helt separat temperaturreglerande medel som har ett eget cirkulerande medium för att reglera temperaturen i nänmda område av bränslepumpen.

Enligt en annan utföringsforin av föreliggande uppfinning är närnnda temperaturregle- rande medel anpassat att upprätthålla temperaturen i nämnda område inom ett tempera- tuiintervall där skillnaden mellan temperaturintervallets högsta och den lägsta värde är 10 15 20 25 30 35 530 585 maximalt 10°C. Temperaturintervallet är här så smalt att de ingående tryckalstrande komponenterna erhåller en mycket liten värmeutvidgning inom temperaturintervallet.

Ett sådant temperaturintervall kan, exempelvis, sträcka sig från 30°C till 40°C. Tempe- raturintervallet bör ha en relativt låg lägsta temperatur. I annat fall kan spelet mellan det tryckalstrande komponenterna bli så litet att det blir svårt att starta bränslepumpen då en kall omgivningstemperatur råder. För att underlätta kallstarter av bränslepumpen kan den innefatta en elektrisk värmare som fórvärmer de tryckalstrande komponenterna innan bränslepumpen startar.

Enligt en annan utföringsfonn av föreliggande uppfinning är de tryckalstrande kompo- nenterna åtminstone delvis tillverkade i olika material. Den tryckalstrande komponent som innefattar den tryckalstrande ytan tillverkas med fördel i ett mycket nötningståligt material, som kan vara ett keramiskt material. Den andra tryckalstrande komponenten . som utrymmet i vilket den första tryckalstrande komponenten är rörligt anordnad till- verkas med fördel av ett metallmaterial. Nämnda temperaturreglerande medel upprätt- håller således en temperatur på de tryckalstrande komponenterna inom ett relativt snävt temperaturintervall. Därmed möjliggörs utnyttjandet av olika material i de respektive tryckalstrande komponentema eftersom de väsentligen inte tillhandahåller någon vär- meutvidgning under drift av bränslepumpen.

Enligt en annan utfóringsforrn av föreliggande uppfinning innefattar den andra tryck- alstrande komponenten ett oylinderfonnat utrymme och att den första tryckalstrande komponent är en kolv som är rörligt anordnad inuti det cylinderformade utrymmet. En bränslepump, som innefattar tryckalstrande komponenter i form av en kolv och en cy- linder, kan på ett enkelt sätt tillhandahålla en trycksättning av bränsle till ett högt tryck.

Med fördel innefattar nämnda passage ett utrymme som omsluter det cylinderformade utrymmet. Därmed kan det temperaturreglerande mediet strömma runt de tryckalstran- de komponenterna. Medíet kan därvid, om behov föreligger, tillhandahålla en mycket effektiv kylning eller uppvärmning av de tryckalstrande komponenterna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA I det följande beskrivs, såsom exempel, en föredragen utforingsforrn av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: 10 15 20 25 30 35 530 555 Fig. 1 visar ett insprutningssystem med en bränslepump enligt föreliggande uppfin- ning och Fig. 2 visar bränslepumpen i Fig. 1 meri detalj.

DETALJERAD BESKRIVNING Av EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Av UPPFINNINGEN i Fig. 1 visar ett insprutníngssystem för att spruta in bränslet med ett mycket högt tryck i en törbränningsmotor som här är exemplifierad såsom en dieselmotor 1. Genom att spruta in bränslet med ett mycket högt tryck kan utsläppen av emissioner från diesel- motom 1 reduceras. Insprutningssystemet och dieselmotom 1 kan vara monterade i ett tungt fordon. Insprutningssystemet innefattar en bränsleledning 2 för att tillföra bränsle från en bränsletank 3 till dieselmotorns 1 respektive cylindrar. En första bränslepump 4 är anordnad i bränsleledningen 2 för att transportera bränsle från bränsletarilcen 3, via ett filter 5, till en högtryckspump 6. Högtryckspumpen 6 är anpassad att trycksätta bränslet så att det matas med ett högt tryck in i en aekumulatortank 7 som utgörs av en s.k. Commom Rail. Insprutningsorgan 8 är anordnade i var och en av förbindningarna mellan ackumulatortanken 7 och dieselmotoms 1 respektive cylindrar. En returledning 9 är anpassad att leda tillbaka bränsle, som inte förbränns i dieselmotorn 1, till bränsle- tanken 3. l de fall som bränsle även utnyttjas för att styra insprutningsorganens 8 öpp- ningstider kan ett sådant returflöde vara rikligt. En elektrisk styrenhet 10 är avsedd att styra driften av bränslepumpen 4, högtryckspumpen 6 och insprutningsorganen 8. Den elektriska styrenheten 10 kan utgöras av en datorenhet som är försedd med en lämplig programvara för att tillhandahålla en sådan styrning. En trycksensor 7a är monterad i ackumulatortanken 7 för att avkärma det rådande trycket i denna och sända en signal till styrenheten 10 med information om avkända tryckvärden. Med hjälp av bland annat denna information kan styrenheten 10 styra insprutningsorganen 8 så att de sprutar in en optimal bränslemängd vid en optimal tidpunkt i dieselmotorns 1 respektive cylind- rar.

F ig. 2 visar högtryckspumpen 6 mer i detalj. Högtryckspumpen 6 innefattar en kamma- re 11 för mottagning av bränsle från bränsleledningen 2. Bränsle är anpassat att ledas till kammaren 1 1, via en första backventil 12, med ett första tryck P1. Högtryckspum- pen 6 innefattar en tryckalstrande komponent som innefattar ett cylindriskt format ut- rymme 13 i vilket en andra tryckalstrande komponent i form av en kolv 14 är rörligt anordnad. Kolven 14 innefattar en tryckalstrande yta 14a som utgör en begränsningsyta 10 15 20 25 30 35 530 555 hos kammaren 11. Kammaren 11 kan därmed innefatta en varierbar del av utrymmet 13 i beroende av kolvens 14 position i det cylíndriska utrymmet 13. Kolven 14 har en nedre ändyta l4b som är i kontakt med en komponent 15 som innefattar ett rullorgan 15a. Rullorganet 15a år anpassad att rulla längs en kamyta 16a hos en roterbar axel 16.

Ett fjäderorgan 17 är anpassat att säkerställa att rullorganet 15a hålls i kontinuerlig kontakt med kamytan 16a. Högtryckspumpens 6 innefattar ett hus 18 som innesluter ovan nämnda komponenter.

Under drift av bränslepumpen roterar axeln 16 och rullorganet 15a rullar längs karn- ytan 16a. Kamytan 16a förskjuter därvid komponenten 15 i höjdled inuti ett utrymme i huset 18. Komponentens 15 rörelse överförs till en motsvarande rörelse av kolven 14 i det cylinderformade utrymmet 13. Då kolven 14 rör sig uppåt i det cylinderfonnade utrymmet 13 tillför kolvens övre ändyta l4a ett tryck på bränslet som befinner sig i kammaren 11. Då trycket uppnår ett törbestämt tryckvärde P2 öppnar en andra back- ventil 19 som är förbunden med kammaren 11. Under kolvens 14 fortsatta rörelse upp- åt pressas bränsle med trycket P2 ut, via den andra backventilen 19, till ackumulator- tanken 7. Då kolven 14 nått ett övre vändläge och tillhandahåller en rörelse nedåt i det cylinderformade utrymmet 13 kan nytt bränsle matas in i kammaren 11 via den första backventilen 12 med trycket P1. Då kolven 14 under rörelsen uppåt trycksätter bränslet uppkommer ofrånkomligt ett visst bränsleläckage i ett spel 20 som är beläget mellan en utvändig väggyta l4c hos kolven 14 och en väggyta 13a som definierar det cylinder- formade utrymmet 13. Bränsle som läcker ut genom detta spel 20 fångas upp i ett hål- rum 21 och leds, via en ledning 22, till returledningen 9 och tillbaka bränsletanken 3.

Endast en del av den rörelseenergin som tillförs kolven 14 kan användas för att tryck- sätta bränslet i kammaren 11. En resterande del av den tillförda energin omvandlas till värmeenergi som bl.a. värmer upp kolvens 14 övre ändyta l4a och angränsande vägg- ytor 13a hos det cylinderformade utrymmet 13. Kolven 14 är normalt tillverkad i ett mer nötningsbeständigt material än det parti som innefattar det cylinderformade ut- rymmet 13. Kolven 14 kan, exempelvis, vara tillverkad i ett keramiskt material eller vara försedd med ett ytskikt av ett keramiskt material. Det parti som definierar det cy- linderformade utrymmet 13 år i regel tillverkat av ett metallmaterial som vanligtvis har egenskapen att det tillhandahåller en större utvidgning då det värms upp än det mer nötningsbeständiga materialet i kolven 14. Den uppvärmning som kolven 14 och cy- lindern 13 erhåller i en konventionell bränslepump under drift resulterar i att det cylin- derformade utrymmet 13 utvidgas mer kolven 14. Därmed ökar spelet 20 mellan dess 10 15 20 25 30 35 530 555 komponenters väggytor l4c, 13a. Det ökade spel 20 leder till ett ökat bränsleläckage vilket i sin tur ger upphov till en ytterligare uppvärmning av väggytoma l3a, l4c i an- slutning till spelet 20 då en allt större mängd bränsle pressas igenom spelet 20. Denna ytterligare uppvärmning av de tryckalstrande komponentema 13, 14 i anslutning till spelet 20 resulterar i en ytterligare utvidgning av det cylinderformade utrymmet 13 i förhållande till kolven 14. Då konventionella högtryckspumpar används erhålls därmed en relativt kraftig uppvärmning av kolven 14 och partiet som definierar det cylinder- formade utrymmet 13. Konventionella bränslepumpar som används för att tillhandahål- la höga bränsletryck har de därför i regel en relativt dålig verkningsgrad.

För att höja bränslepumpens 6 verkningsgrad har bränslepumpen, enligt föreliggande uppfinning, utrustats med ett temperaturreglerande system. Det temperaturreglerande systemet är anpassat att upprätthålla en temperatur inom ett törbestämt temperaturin- tervall i ett område A hos bränslepumpen 6, vilket innefattar nämnda spel 20 och åt- minstone angränsande delar av de tryckalstrande komponenterna 13, 14. Ett sådant förbestämt temperaturintervall kan vara 30°C - 40°C. Ett sådant område A är schema- tiskt markerat med streckade linjer i Fi g. 2. Det temperaturreglerande system innefattar en ledning 23 för tillförsel av ett vätskeforrnigt medium till bränslepumpen 6. Bränsle- pumpen 6 innefattar en passage 24 för att mottaga och leda mediet igenom bränsle- pumpen 6. Passagen 24 innefattar ett utrymme 24a som omsluter det cylinderformade utrymmet 13 och kolven 14. Därmed kan mediet strömma runt den del av bränslepum- pen 6 där värme huvudsakligen alstras. Passagen 24 sträcker sig genom området A.

Under mediets strömning genom passagen 24 sker ett värmeutbyte mellan mediet och de tryckalstrande komponenterna 13, 14 som huvudsakligen är belägna inom området A. Om en tillräckligt stor mängd av mediet leds genom passagen 24 tillhandahålls en temperatur i området A som väsentligen motsvarar mediets temperatur. Mediet som har passerat genom bränslepumpen 6 leds bort via en ledning 25.

Mediet som leds till bränslepumpen 6 kommer, i detta fall, från en mediekälla 26 där mediet har en väsentligen konstant temperatur. Mediets konstanta temperatur är inom det törbestämda temperaturintervallet som ska upprätthållas i området A hos bränsle- pumpen 6. Därmed kan mediet uppta värme i området A då temperaturen där är högre än den konstanta medietemperaturen och avge värme i området A då temperaturen där är lägre än medietemperaturen. En ventil 27 är anordnad i ledningen 23 för att styra flödet av mediet till bränslepumpen 6. Styrenheten 10 är i detta fall anpassad att styra ventilen 27 med information från temperaturgivaren 28 som avkänner mediets tempe- 10 15 20 25 30 35 530 555 ratur efter att det lämnat bränslepumpen 6. Med kärmedom om b1.a. mediets temperatur efter bränslepumpen 6 kan temperaturen i området A uppskattas om temperaturgivaren » 28 avkänner en medietemperatur som indikerar att temperaturen i området A är på väg att stiga över det törbestämda temperaturintervallets högsta acceptabla temperatur re- glerar styrenheten 10 ventilen 27 så att medieflödet genom bränslepumpen 6 ökar för att intensífiera kylningen i området A. På motsvarande sätt kan styrenheten 10 intensi- fiera uppvärmningen i området A och öka medieflödet om temperaturgivaren 28 indi- kerar att temperaturen i området A är på väg att sjunka under ett lägsta acceptabelt vär- de. Mediet kan exempelvis vara kylvätskan som används i ett kylsystem för att kyla en förbränningsmotor. Kylvätskan i kylsystemet kan finnas tillgänglig i två temperatumi- våer där den lägre temperaturnivån kan vara inom temperaturområdet 30 - 40°C.

Genom att utnyttja ett sådant temperaturreglerande system kan temperaturen i omrâdet A som innefattar nämnda spalt 20 mellan de tryckalstrande komponenterna 13, 14 hål- las inom ett relativt begränsat temperaturintervall. Därmed är det möjligt att dimensio- nera det cylinderforrnade utrymmet 13 och kolven 14 så att de tillhandahåller ett myck- et litet spel 20 inom det förbestämda temperaturintervallet. Bränslepumpen tillhanda- håller därmed en god verkningsgrad med ett litet läckage i spalten 20 under väsentligen alla driftstillstånd. Förekomsten av det temperaturreglerande system möjliggör även användning av material i partiet, som definierar det cylinderformade utrymmet 13, och i kolven 14 som har relativt olika längdutvidgande egenskaper. För att tillhandahålla ett mycket litet spel kan det temperaturreglerande systemet vara anpassat att upprätthålla en temperatur i området A inom ett temperaturintervall där skillnaden mellan tempera- turintervallets högsta och den lägsta värde är maximalt l0°. Bränslepumpen 6 kan in- nefatta en elektrisk värmare eller dylikt som törvärmer området A till en lägsta accep- tabelt temperatur innan start av bränslepumpen 6 då en kall omgivningstemperatur rå- der.

Uppfinningen är på intet sätt begränsad till den ovan beskrivna utföringsfonnen utan kan varieras fritt inom patentkravens ramar. Självfallet kan andra medier än kylvätskan i kylsystemet för kylning av en förbränningsmotor utnyttjas. Exempelvis så kan bränsle eller någon annan tillgänglig vätska utnyttjas som finns tillgängliga i ett fordon. Det temperaturreglerande systemet kan även vara ett helt separat system med ett eget cirku- lerande medium av lämpligt slag.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 530 555 Patentkrav

1. Bränslepumpsanordning som innefattar en bränslepump (6), vilken innefattar en kammare (11) för mottagning av bränsle, en första rörligt anordnad tryckalstrande komponent (14) som innefattar en tryckalstrande yta (14a) som utgör en begränsnings- yta hos kammaren (ll), en andra tryckalstrande komponent som innefattar ett utrymme (13) i vilket den tryckalstrande komponenten (14) är rörligt anordnad, ett spel (20), som är beläget mellan nämnda tryckalstrande komponenter (13, 14), och kraftmedel (15, 15a, 16, l6a) som är anpassade att tillföra en kraft till den första komponenten (14) så att den tillhandahåller en rörelse i utrymmet (13) under vilken den trycksätter bränslet som är beläget i kammaren (1 1), kännetecknat av att bränslepumpsanordning- en innefattar temperaturreglerande medel som är anpassade att upprätthålla en tempera- tur inom ett fórbestämt temperaturintervall i ett område (A) hos bränslepumpen, vilket innefattar nämnda spel (20) och åtminstone delar av de tryckalstrande komponenterna ( 1 3 , 1 4).

2. Bränslepumpsanordning enligt krav 1, kännetecknat av att nämnda temperaturregle- rande medel innefattar ett medium som är anpassat att strömma genom bränslepumpen (6) i en passage (24, 24a) som sträcker sig genom nänmda område (A).

3. Bränslepumpsanordning enligt krav 2, kärmetecknat av att nämnda temperaturregle- rande medel innefattar en ventil (27) med vilken det är möjligt att styra flödet av medi- et som strömmar genom nämnda passage (24, 24a).

4. Bränslepumpsanordning enligt krav 2 eller 3, kärmetecknat av att nämnda temperaturreglerande medel innefattar en temperaturgivare (28) som är anpassad att avkänna en temperatur som är relaterad till temperaturen i området (A).

5. Bränslepumpsanordning enligt något av de föregående kraven 2 till 4, känneteckrtat g att nämnda medium, som leds till bränslepumpen (6), är anpassat att ha en tempera- tur som ligger inom nämnda temperaturintervall.

6. Bränslepumpsanordning enligt något av föregående krav, kärmetecknat av att närnn- da medium är kylvätska som även utnyttjas i ett kylsystem för att kyla en förbrän- ningsmotor (1). 10 15 530 585 10

7. Bränslepumpsanordning enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nänm- da temperaturreglerande medel är anpassat att upprätthålla temperaturen i området (A) inom ett temperaturintervall där skillnaden mellan temperaturintervallets högsta och lägsta värde är maximalt lO°.

8. Bränslepumpsanordning enligt något av föregående krav, kännetecknat av att de tryckalstrande komponentema (13, 14) åtminstone delvis är tillverkade i olika material.

9. Bränslepumpsanordning enligt något av föregående krav, att ut- rymmet (13) är cylinderfonnat och att nämnda komponent är en kolv (14) som är rör- ligt anordnad inuti det cylinderformade utrymmet (13).

10. Bränslepumpsanordning enligt krav 9, kännetecknat av att nämnda passage (24) innefattar ett utrymme (24a) som omsluter det cylinderformade utrymmet (13).