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Dokumentenidentifikation DE69917150T2 02.09.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000976926
Titel Kraftstoffzuführsystem
Anmelder Wärtsilä Finland Oy, Vaasa, FI
Erfinder Jay, David C., 66500 Vähäkyrö, FI
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Aktenzeichen 69917150
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.07.1999
EP-Aktenzeichen 993051994
EP-Offenlegungsdatum 02.02.2000
EP date of grant 12.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.09.2004
IPC-Hauptklasse F02M 59/44

Beschreibung[de]

Diese Erfindung betrifft Kraftstoffpumpen für Verbrennungsmotoren des Typs, welcher eine Einheit mit integrierter Pumpe und Stößel umfasst. Insbesondere, allerdings nicht ausschließlich, betrifft die Erfindung Kraftstoffpumpen für große Dieselmotoren, zur Verwendung als Hauptantriebs- oder Hilfsmotoren für Schiffe oder für Kraftwerke zur Erzeugung von Wärme und/oder Elektrizität.

Um die Kraftstoffeinspritzung an dem richtigen Punkt des Arbeitszyklus des Zylinders sicherzustellen, ist akkurates Timing von Nöten, und dies wird üblicherweise mittels eines Stößelbauteils erreicht, dessen Bewegung durch eine rotierende Nockenwelle bestimmt wird. In sogenannten „common pressure" oder „common rail" Systemen ist eine derartige Phasung nicht nötig, aber trotzdem werden oft Stößel verwendet. Üblicherweise sind Pumpe und Stößel als komplett separate Einheiten angeordnet, was den Vorteil hat, dass Kraftstoff (z. B. Schweröl wie es in modernen Motoren verwandt wird) nicht in die Stößeleinheit eindringen kann, und daher am Mischen und Verschlechtern des Schmieröls gehindert ist. Die Verwendung von separaten Einheiten erhöht jedoch Herstellungskosten und Größe.

In alternativen Pumpeneinheiten sind Pumpe und Stößel miteinander verbunden, was die Konstruktion einfacher macht und die Herstellungskosten senkt. In dieser Anordnung besteht allerdings ein Risiko, dass die Stößelschmierung mit Kraftstoff von der Pumpe verunreinigt wird, und somit die Qualität und Schmierstoffzirkulation nachteilig beeinflusst wird. Dies kann dazu führen, dass die Pumpe und die Stößel festklemmen, und im schlimmsten Fall kann dies schädigende Folgeeffekte haben, z. B. Beschädigungen an Nockenwellenlagerungen.

Eine von US-A-5,701,872 bekannte Pumpe hat ein Flanschbauteil, um den Stößel von der Pumpe abzudichten. Allerdings könnte die Konstruktion der Gehäuseteile, welche die Pumpe und den Stößel enthalten, als auch das der Dichtung des Flanschbauteils vereinfacht werden.

Die Erfindung versucht diese Nachteile zu überwinden und eine verbesserte Pumpen- und Stößeleinheit zu schaffen, welche die Integrationsvorteile erreichen kann, während die mit bestehenden integrierten Anordnungen verbundenen Probleme vermieden werden.

Die Erfindung bietet integrierte Pumpen- und Stößeleinheiten wie in Anspruch 1 und seinen nachfolgenden Ansprüchen beschrieben. Gemäß der Erfindung ist das Gehäuseteil als ein integriertes Stück konstruiert und das Stößelbauteil und das Kolbenbauteil sind miteinander mittels eines Stößelarms verbunden, welcher an einem Flanschbauteil abgedichtet ist, welches an dem Gehäuseteil befestigt ist, so dass Kraftstoff von der Kraftstoffkammer vom Eintritt in das Teil des Gehäuses, welches den Stößel enthält, gehindert wird. Eine derartige einteilige Konstruktion stellt eine einfache und kosteneffektive Lösung der oben identifizierten Probleme dar.

Das Flanschbauteil ist vorzugsweise mit einem Kanal zur Zufuhr von Schmieröl zu einer Schmiernut nahe des Stößelarms versehen. Indem das Flanschbauteil weiter mit einem Dichtring versehen ist, welcher zwischen der Schmiernut und der Treibstoffkammer angeordnet ist, kann die Mischung von Treibstoff und Schmieröl verhindert werden. Das Gehäuseteil kann weiter eine Kammer enthalten, welche zwischen dem Flanschbauteil und dem Kolbenbauteil angeordnet ist, um von der Treibstoffkammer ausgetretenen Treibstoff aufzusammeln, als auch als einen Ablasskanal, um derartigen Treibstoff abzuführen. In einer derartigen Anordnung verbleibt die Kammer im nicht unter Druck stehenden Zustand, was bei der Unterstützung des effizienten Betriebs der Dichtung von Vorteil ist.

In bevorzugten Ausführungsformen wird die Treibstoffkammer mit Treibstoff von einer Niedrigdrucktreibstoffleitung eines Treibstoffzufuhrsystems über ein Rückschlagventil beschickt. Die Niedrigdrucktreibstoffleitung ist vorzugsweise mit einem Steuerventil stromaufwärts des Rückschlagventils ausgerüstet. Der Treibstoff von der Pumpenkammer wird ebenfalls vorzugsweise über einen Druckspeicher zu dem Motorenzylinder zugeführt. Eine übliche Speichereinheit kann für zwei oder mehr Zylinder verwendet werden. Mit diesen Mitteln kann die Pumpen- und Stößeleinheit der Erfindung einfach in Systemen angewandt werden, bei welchen Treibstoff von einem Tank unter niedrigem Druck zugeführt wird und zu dem Zylinder unter hohem Druck gepumpt wird.

Das Gehäuseteil ist vorzugsweise mit einem Leitungselement versehen, welches die Niedrigdrucktreibstoffleitung enthält und mit Kanälen, welche das Leitungselement mit der Treibstoffkammer verbinden. Zusätzlich können die Leitungselemente der Gehäuseteile von aufeinanderfolgenden Pumpen- und Stößeleinheiten miteinander verbunden werden, um eine einheitliche Niedrigdrucktreibstoffleitung zu schaffen. Indem das flussabwärts gelegene Ende der Treibstoffleitung über ein Konstantdruckventil oder ähnliches zurück in den Treibstofftank verbunden wird, kann die einheitliche Niedrigdrucktreibstoffzufuhrleitung vorteilhaft angeordnet werden, um einen geschlossenen Kreislauf zu bilden.

Die Erfindung wird im Folgenden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, rein beispielhaft detaillierter beschrieben, in welchen

1 ein axialer Teilschnitt einer Ausführungsform einer Pump- und Stößeleinheit gemäß der Erfindung ist, wobei der Stößel in seiner unteren Position ist;

2 ein axialer Teilschnitt der Ausführungsform von 1 ist, wobei der Stößel in seiner oberen Position ist;

3 ein axialer Teilschnitt einer modifizierten Ausführungsform einer Pump- und Stößeleinheit gemäß der Erfindung ist, gesehen entlang einer der Linie III-III von 1 entsprechenden Linie; und

4 eine schematische Darstellung einer Vielzahl von Einheiten gemäß der Erfindung ist, welche als Teil einer Niedrigdrucktreibstoffleitung eines Treibstoffzufuhrsystems eines Motors angeordnet sind.

In den Figuren bezeichnet Referenznummer 1 ein Gehäuseteil einer Pump- und Stößeleinheit, welche an einem Motor befestigt ist, z. B. an dessen sogenannten Konsolenträger (nicht abgebildet), mittels Schraubbolzen 22. Gehäuseteil 1 umschließt ein Stößelbauteil 2, welches gegen die Kraft einer Kompressionsfeder 6 bewegbar ist und an welchem ein Drehfolger 4 mittels eines Wellenendes 3 gelagert ist. Stößelbauteil 2 wird in seiner axialen Bewegung auf bekannte Weise durch Drehfolger 4 gesteuert, welcher mit einem Nockenlaufring 5 einer Nockenwelle des Motors (nicht abgebildet) zusammenwirkt.

An dem Stößelbauteil 2 ist ein Stößelarm 7 befestigt, an einem Ende von welchem ein Kolbenbauteil 8 verbunden ist, um gegen die Kraft einer Kompressionsfeder 9 bewegbar zu sein. Ein Abdeckelement 10, inklusive einer Treibstoffkammer 11, ist mittels Schraubbolzen 27 an dem Gehäuseteil 1 befestigt. Die Treibstoffkammer 11 ist in Zusammenwirkung mit dem Kolbenbauteil 8 angeordnet, so dass das Kolbenbauteil 8 Treibstoff in die in 1 und 2 gezeigte Richtung pumpt, von der Kammer 11 durch ein Rückschlagventil 15 und einen Kanal 16 entweder direkt oder durch einen Druckspeicher in ein oder mehrere Zylinder des Motors (nicht abgebildet). (Es ist möglich, entweder herkömmliche bekannte Druckspeicher zu verwenden, oder z. B. Speicher von der Art zu verwenden, wie sie in dem früheren Europäischen Patent Nr. 99 303 884.3 des Anmelders beschrieben und beansprucht sind.) Andererseits wird Treibstoff in die Kammer 11, über ein Steuerventil 13 und ein Rückschlagventil 14, durch einen Kanal 12 (1 und 2) geleitet, welcher mit einer Niedrigdrucktreibstoffleitung (3 und 4) verbunden ist. Mittels des Steuerventils 13 kann die in die Kammer 11 zu führende Treibstoffmenge gesteuert werden und die Zuführung kann, falls nötig, zeitweise komplett abgestellt werden. Ein zylindrisches unteres Teil 10a des Abdeckungselements ist derart geformt, um Feder 9 in Position zu halten.

Ein separates Flanschbauteil 17, durch welches der Nockenarm 7 führt, ist an dem Gehäuseteil 1 mittels Schrauben 35 befestigt. Das Flanschbauteil 17 ist mit einem oder mehreren Schmierkanälen 18 versehen, welche eine ringförmige Schmiernut 21 mit einer Schmiernut 19 verbinden, welche den Stößelarm 7 umkreist. Zusätzlich ist das Flanschbauteil 17 mit einem Dichtring 20 versehen. Jeglicher sich in einer Kammer 28, welche oberhalb des Flanschbauteils 17 angeordnet ist, ansammelnder Treibstoff und/oder Schmiermittel wird durch einen Ablaufkanal 29 (3) weggeführt. Es ist somit möglich, das Problem von sich mit dem Schmiermittel mischenden Treibstoff zu minimieren.

Unter Bezugnahme auf insbesondere 3 und 4 ist das Gehäuseteil 1 mit einem Leitungselement 1a versehen, welches einen Kanal 23 hat, welcher Teil einer Treibstoffleitung 32 eines Treibstoffzufuhrsystems für den Motor bildet. Zusätzlich umfasst das Treibstoffzuführsystem eine Niedrigdruckpumpe 32, welche Treibstoff von einem Treibstofftank 30 zu den Pumpen- und Stößeleinheiten pumpt (aus Gründen der Klarheit zeigt 4 nur die Gehäuseteile 1), und Leitungen 33, welche diese Einheiten miteinander durch die Leitungselemente 1a verbindet. Das System umfasst auch ein Konstantdruckventil oder ein Drosselventil 34, durch welches die Treibstoffleitung 32 zurück in den Treibstofftank 30 geführt wird.

Wie von 3 ersichtlich ist, wird in jeder Pumpen- und Stößeleinheit Treibstoff von dem Kanal 23 in dem Leitungselement 1a durch Kanäle 24, 25 und 26 in den Kanal 12 (schematisch in 1 und 2 dargestellt) geführt und in die Treibstoffkammer 11 der Pumpe. Eine Integration des Leitungselements 1a und der separaten Treibstoffkanäle und Schmierstoffkanäle in das Gehäuseteil 1, welches als ein integrales Teil hergestellt ist, macht die Konstruktion einfacher und kostengünstiger und resultiert in einer kompakten Einheit.

In der Ausführungsform von 3 ist der Stößelarm 7, welcher das Stößelbauteil 2 mit dem Kolbenbauteil 8 verbindet, etwas anders konstruiert als das in 1 und 2 gezeigte. Der Stößelarm 7 kann zwei separate Teile enthalten, aber diese bilden, aufgrund der Wirkung von Feder 9, eine funktionale Einheit.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern verschiedene Modifikationen sind innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche möglich.


Anspruch[de]
  1. Integrierte Pumpen- und Stößeleinheit zur Zufuhr von Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor, wie z. B. einem großen Dieselmotor, welche Einheit ein Gehäuseteil (1) umfasst, welches ein Stößelbauteil (2) umschließt, dessen axiale Bewegung durch Bewegung einer Nockenoberfläche gesteuert ist, welche an einer Nockenwelle oder ähnlichem vorgesehen ist; und ein funktional mit dem Stößelbauteil (2) verbundenes Kolbenbauteil (8), welches eingerichtet ist, um Kraftstoff unter hohem Druck von einer Kraftstoffkammer (11) zu pumpen, welche in dem Gehäuseteil (1) angeordnet ist, wobei der Kraftstoff entweder direkt oder durch ein Druckspeichermittel in einen oder mehrere Zylinder des Motors zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) ein einzelnes Teil ist, welches sowohl das Stößelbauteil (2) und die Kraftstoffkammer (11) enthält; und das das Stößelbauteil (2) und das Kolbenbauteil (8) miteinander mittels eines Stößelarms (7) verbunden sind, welcher an einem an dem Gehäuseteil (1) befestigten Flanschbauteil (17) abgedichtet ist, so dass Kraftstoff von der Kraftstoffkammer (11) daran gehindert ist mit dem Stößelbauteil (2) in Kontakt zu geraten.
  2. Pumpen- und Stößeleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschbauteil (17) mit einem Kanal (18) versehen ist, welcher eingerichtet ist, um einer Schmiernut (19) in der inneren Oberfläche des Flanschbauteils, welche an den Stößelarm (7) angrenzt, Schmieröl zur Verfügung zu stellen.
  3. Pumpen- und Stößeleinheit nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschbauteil (17) mit einem Dichtring (20) versehen ist, welcher zwischen der Schmiernut (19) und der Treibstoffkammer (11) angeordnet ist, und eingerichtet ist, um ein Vermischen von Treibstoff und Schmieröl zu verhindern.
  4. Pumpen- und Stößeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) eine zwischen dem Flanschbauteil (17) und dem Kolbenbauteil (8) angeordnete Kammer (28) enthält, um von der Treibstoffkammer (11) ausgetretenen Treibstoff zu sammeln, welche Kammer (28) mit einem Ablaufkanal (29) versehen ist.
  5. Pumpen- und Stößeleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Treibstoffkammer (11) mit Treibstoff von einer Niedrigdruckleitung (32) eines Treibstoffzufuhrsystems über ein Rückschlagventil (14) versorgt wird.
  6. Pumpen- und Stößeleinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedrigdrucktreibstoffleitung (32) flussaufwärts des Rückschlagventils (14) mit einem Steuerventil (13) versehen ist.
  7. Pumpen- und Stößeleinheit nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) mit einem Leitungselement (1a) versehen ist, welches die Niedrigdrucktreibstoffleitung (32) enthält; und Kanälen (23, 24, 25, 26, 12), welche das Leitungselement (1a) mit der Treibstoffkammer (11) verbindet.
  8. Anzahl von Pumpen- und Stößeleinheiten nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungselemente (1a) der Gehäuseteile (1) von aufeinanderfolgenden Pumpen- und Stößeleinheiten miteinander verbunden sind, um eine einheitliche Niedrigdrucktreibstoffleitung (32) zu schaffen.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






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