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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft eine manuell betätigbare Pumpenvorrichtung
für die Entlüftung eines Kraftstoffeinspritzsystems
einer Brennkraftmaschine, umfassend ein Betätigungsglied
und einen, in einem Gehäuse verschiebbar geführten
Pumpenkolben, welcher bei einer Aufwärtsbewegung ein Fluid
aus einer Saugleitung in einen ersten Druckraum saugt und bei einer
darauf folgenden Abwärtsbewegung in eine weiterführende
Versorgungsleitung fördert.
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Aus
der
DE 202 12 673
U1 ist eine derartige Pumpenvorrichtung bekannt, bei welcher
ein Pumpenkolben in einem Gehäuse verschiebbar geführt ist
und über eine Kolbenstange mit einem Betätigungsglied
in Verbindung steht. Des Weiteren bildet der Pumpenkolben mit dem
umliegenden Gehäuse einen Druckraum aus, in welchen bei
einer Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens zur Entlüftung
eines Kraftstoffeinspritzsystems ein Fluid aus einer Saugleitung
ansaugbar ist, das dann bei einer darauf folgenden Abwärtsbewegung
des Kolbens in eine hieran anschließende Versorgungsleitung
gefördert wird. Über die Saugleitung ist der Druckraum
mit einem Vorratsbehälter des Fluids verbunden, während über
die, an den Druckraum anschließende Versorgungsleitung
das weiter geförderte Fluid Einspritzkomponenten einer
Brennkraftmaschine zugeführt werden kann. Um hierbei zum
einen das Ansaugen und zum anderen das Weiterfördern zu
ermöglichen, ist eine Zulaufbohrung des Druckraumes sowohl
eingangs- als auch ausgangsseitig jeweils mit einem Rückschlagventil
versehen.
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Es
ist des Weiteren im Allgemeinen bekannt, dass im Bereich der Versorgungsleitung
und vor der Brennkraftmaschine üblicherweise eine Förderpumpe
vorgesehen ist, über welche im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
das Fluid aus dem Vorratsbehälter angesaugt und im Anschluss
daran einer Hochdruckpumpe zugeführt wird, welche den zur
Einspritzung über die Einspritzkomponenten nötigen
Druck des Fluids darstellt. Bei einer ersten Inbetriebnahme oder
nach einem Austausch von Elementen zwischen Vorratsbehälter
und Brennkraftmaschine befindet sich in der Saugleitung und/oder
der Versorgungsleitung Luft, weswegen vor Betrieb der Brennkraftmaschine
eine Entlüftung der Leitungen zu erfolgen hat.
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Bei
dieser Entlüftung der Leitungen muss jedoch bei einem System
gemäß dem Stand der Technik im Bereich der Förderpumpe
ein, zu dieser parallel geschaltetes Bypassventil vorgesehen werden. Denn
während einer Entlüftung der Saugleitung über die
manuell betätigbare Pumpenvorrichtung noch mit niedrigem
Druck und damit auch geringem Kraftaufwand möglich ist,
kann eine Förderung des Fluids in die, an den Druckraum
anschließende Versorgungsleitung aufgrund eines hierfür
höheren, nötigen Drucks nur mit hohem Kraftaufwand
an der Pumpenvorrichtung erfolgen, da das Fluid hierbei durch enge Spalte
in der Förderpumpe gedrückt werden muss. Diese
höhere, aufzuwendende Kraft lässt sich zwar durch
das Vorsehen eines Bypassventils vermeiden, die Anordnung dieses
Ventils erhöht allerdings den Herstellungsaufwand entsprechend.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine manuell betätigbare
Pumpenvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche für
den Einsatz im Bereich eines Kraftstoffeinspritzsystems geeignet ist,
wobei eine Förderung von Fluid über die Pumpenvorrichtung
durch eine Förderpumpe hindurch mit nahezu gleichbleibendem
Kraftaufwand erfolgen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung
mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die darauf
folgenden, abhängigen Ansprüche geben jeweils
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
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Die
Erfindung umfasst die technische Lehre, dass das Gehäuse
zudem einen Ringkolben verschiebbar aufnimmt, durch dessen Durchgangsbohrung
der Pumpenkolben hindurchgeführt ist und welcher bei einer
translatorischen Bewegung ein Ansaugen in und ein Fördern
aus einem zweiten Druckraum bewirkt. Dabei stehen der Ringkolben
und der Pumpenkolben über eine Arretiervorrichtung derart
miteinander in Wirkverbindung, dass die beiden Kolben bis zu einem
definierten Druck in der Versorgungsleitung in der Bewegung miteinander
gekoppelt sind, während ab Überschreiten des definierten
Drucks lediglich einer der Kolben über das Betätigungsglied bewegbar
ist.
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Vorteile der Erfindung
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Durch
die druckabhängige Koppelung des Ringkolbens mit dem Pumpenkolben
kann bei niedrigen Drücken in der Versorgungsleitung eine
Förderung über beide Kolben mit einer entsprechend
großen Menge an Fluid erfolgen, während ab Überschreiten
des definierten Drucklevels die Förderung nur noch über
einen der Kolben mit reduzierter Fördermenge und mit verminderter
Betätigungskraft an der Pumpenvorrichtung erfolgt. Muss
also zur Entlüftung der Versorgungsleitung Fluid durch
die engen Spalten einer Förderpumpe hindurchgedrückt
werden, so wird durch den hierbei ansteigenden Druck in der Versorgungsleitung
einer der Kolben von einer Betätigung abgekoppelt, wodurch
die zur Förderung des Fluids nötige Kraft am Betätigungselement
auf einem nahezu gleichen Niveau verbleibt. Dementsprechend kann
im Bereich der Förderpumpe ein zusätzliches Bypassventil
entfallen, was insgesamt den Herstellungsaufwand entsprechend vermindert.
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Gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung ist die Arretiervorrichtung
durch mindestens eine Kugel gebildet, die in je einer radialen Bohrung eines
der Kolben platziert ist und über je ein Federelement in
eine überdeckende Position zwischen der je einen radialen
Bohrung und einer korrespondierend am jeweils anderen Kolben ausgeprägten,
umlaufenden Nut bringbar ist, um bis zu einer Überwindung
von Federkräften der Federelemente eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen den Kolben in axialer Richtung herzustellen.
Mittels einer derartigen Ausgestaltung der Arretiervorrichtung kann
die Koppelung der beiden Kolben zuverlässig an ein definiertes
Druckniveau in der Versorgungsleitung entsprechend der Gestaltung
der jeweiligen Federsteifigkeit angepasst werden. Ab Überschreiten
des definierten Drucks ist hierbei zudem eine Relativverschiebung zwischen
den beiden Kolben mit niedriger Reibung durch die abrollende Kugel
möglich.
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In
Weiterbildung der Erfindung teilt sich die Saugleitung in zwei,
den jeweiligen Druckräumen zugeordnete Zulaufbohrungen
auf, die im Anschluss an die Druckräume wieder in die Versorgungsleitung
zusammenlaufen. Zweckmäßigerweise verfügen
die Zulaufbohrungen hierbei jeweils über ein eingangsseitig
und ein ausgangsseitig platziertes Rückschlagventil. Hierdurch
sind die beiden Druckräume der Kolben getrennt voneinander
mit Fluid befüllbar und beeinflussen sich bei einer Förderbewegung
der Kolben nicht gegenseitig.
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Es
ist eine weitere, vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung,
dass das Betätigungselement an einem oberen, axialen Ende
des Pumpenkolbens vorgesehen ist, über welches der Pumpenkolben
entgegen einer, im ersten Druckraum platzierten Rückstellfeder
translatorisch bewegbar ist. Dies hat den Vorteil, dass sich hierdurch
eine sehr kompakte Gestaltung der manuell betätigbaren
Pumpenvorrichtung mitsamt einer platzsparenden Unterbringung der
Rückstellfeder realisieren lässt.
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Vorteilhafterweise
verfügt der Pumpenkolben an einem Außendurchmesser über
einen Sprengring, welcher mit einem unteren, axialen Ende des Ringkolbens
in Kontakt bringbar ist, um eine Aufwärtsbewegung des Ringkolbens
ab diesem Kontakt starr mit der Aufwärtsbewegung des Pumpenkolbens zu
koppeln. Durch diese Maßnahme wird stets eine Rückbewegung
des Ringkolbens gewährleistet und gleichzeitig ein oberer
Anschlag für den Pumpenkolben ausgebildet.
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Entsprechend
einer weiteren, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
sind jeweils zwischen den Kolben und dem umliegenden Gehäuse, sowie
zwischen den Kolben untereinander Wellendichtungen vorgesehen. Hierdurch
wird eine Leckage von Fluid aus den Druckräumen unterbunden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere,
die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend
gemeinsam mit der Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine, bei
welchem die erfindungsgemäße manuell betätigbare
Pumpenvorrichtung Anwendung findet, und
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2 eine
Einzeldarstellung der erfindungsgemäßen manuell
betätigbaren Pumpenvorrichtung.
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Ausführungsform der
Erfindung
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In 1 ist
eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer
Brennkraftmaschine 1 zu sehen, bei welchem die erfindungsgemäße
manuell betätigbare Pumpenvorrichtung 2 Anwendung
findet. Diese ist hierbei zwischen einem Vorratsbehälter 3 für
das zu fördernde Fluid in Form von Kraftstoff und einer
Förderpumpe 4 platziert und steht dabei zum einen
mit einer Saugleitung 5 und zum anderen mit einer Versorgungsleitung 6 in
Verbindung. Entlang der Saugleitung 5 ist des Weiteren ein
Vorfilter 7 vorgesehen, durch welchen das aus dem Vorratsbehälter 3 entnommene
Fluid vor dem Eintritt in die Förderpumpe 4 gefiltert
wird. Parallel zu der Förderpumpe 4 ist zudem
ein Überdruckventil 8 vorgesehen, das im Falle
eines zu hohen Drucks in einer, an die Förderpumpe 4 anschließenden
Förderleitung 9 öffnet. Die Förderleitung 9 verbindet
wiederum die Förderpumpe 4 mit einer Hochdruckpumpe 10,
welche in diesem Fall als Blackbox dargestellt ist und auf deren
genaueren Aufbau, sowie auf weitere, dem Fachmann bekannte und in
diesem Bereich vorgesehene Elemente nicht weiter eingegangen wird. Zwischen
der Hochdruckpumpe 10 und der Förderpumpe 4 ist
ein Hauptfilter 11 angeordnet, durch welchen das geförderte
Fluid einer erneuten Filterung unterzogen wird. Über die
Hochdruckpumpe 10 wird das zugeführte Fluid dann
auf Hochdruck verdichtet und anschließend einem Druckspeicher 12 zugeführt,
der Injektoren 13 der Brennkraftmaschine 1 versorgt.
Der Druckbehälter 12 steht zudem über eine
Rückführleitung 14 und einem hierin angeordneten
Druckbegrenzungsventil 15 mit dem Vorratsbehälter 3 in
Kontakt, so dass bei einem zu hohen Druck im Druckspeicher 12 überschüssiges
Fluid druckfrei in den Vorratsbehälter 3 zurückströmen kann. Über
diese Rückführleitung 14 kann des Weiteren
auch Fluid aus der Hochdruckpumpe 10 in den Vorratsbehälter 3 gelangen.
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Im
Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 wird Fluid aus dem
Vorratsbehälter 3 über die Förderpumpe 4 entnommen
und im Anschluss daran der Hochdruckpumpe 10 zugeführt.
Diese verdichtet das Fluid auf Hochdruck und befördert
es daraufhin in den Druckspeicher 12, aus welchem das Fluid
dann durch die Injektoren 13 zur Einspritzung in Brennräume
der Brennkraftmaschine 1 entnommen wird. Im Falle der Erstinbetriebnahme
des Systems oder bei Austausch einzelner Komponenten kann sich in
einer oder mehrerer der Leitungen 5, 6 und/oder 9 jedoch Luft
befinden. Zur Entfernung dieser Luft wird im Vorfeld die Pumpenvorrichtung 2 betätigt,
auf deren genaueren Aufbau nunmehr eingegangen werden soll.
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In 2 ist
der Aufbau der manuell betätigbaren Pumpenvorrichtung 2 anhand
einer teils geschnittenen, teils schematisch dargestellten Figur
zu erkennen. Diese verfügt über ein Gehäuse 16,
das in einer Stufenbohrung zum Einen ein axiales Ende eines Pumpenkolbens 17 verschiebbar
führt und zum Anderen einen Ringkolben 18 verschiebbar
aufnimmt. Hierbei bilden der Pumpenkolben 17 und der Ringkolben 18 mit
dem umliegenden Gehäuse 16 einen ersten und einen
zweiten Druckraum 19 und 20 aus, die im einzelnen
jeweils über Zulaufbohrungen 21a und 21b zum
Einen mit der Saugleitung 5 und zum Anderen mit der Versorgungsleitung 6 in
Verbindung stehen. Diese Zulaufbohrungen 21a und 21b weisen
dabei im Einzelnen jeweils seitens der Saugleitung 5 eingangsseitige
Rückschlagventile 22a und 22b, sowie
seitens der Versorgungsleitung 6 jeweils ausgangsseitige
Rückschlagventile 23a und 23b auf.
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Der
Pumpenkolben 17 ist an seinem oberen axialen Ende mit einem
Betätigungselement 24 versehen und führt
in der Stufenbohrung des Gehäuses 16 bei Betätigung
eine translatorische Bewegung entgegen einer, im ersten Druckraum 19 platzierten Rückstellfeder 25 aus.
Zudem steht der Pumpenkolben 17 über eine Arretiervorrichtung
mit dem Ringkolben 18 in Wirkverbindung, die über
mehrere Kugeln 26 gebildet wird. Diese Kugeln 26 sind
hierbei in radialen Bohrungen 27 des Pumpenkolbens 17 platziert
und über Federelemente 28 gegen eine, am Ringkolben 18 ausgeprägte,
umlaufende Nut 29 vorgespannt. Dabei werden die Kugeln 26 durch
die Federelemente 28 in eine überdeckende Position
zwischen den Bohrungen 27 und der Nut 29 gebracht,
so dass bis zu einer Überwindung der Federkräfte
der Federelemente 28 die Bewegungen des Pumpenkolbens 17 und
des Ringkolbens 18 in axialer Richtung miteinander gekoppelt
sind.
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Des
Weiteren verfügt der Pumpenkolben 17 an seinem
Außendurchmesser über einen Sprengring 30,
der mit einem unteren, axialen Ende des Ringkolbens 18 in
Kontakt bringbar ist und ab diesem in Kontaktbringen die Aufwärtsbewegungen
von Ringkolben 18 und Pumpenkolben 17 starr miteinander
koppelt. Oberhalb des Ringkolbens 18 ist ferner ein Deckel 31 platziert,
der hierbei die Aufwärtsbewegung des Ringkolbens 18 begrenzt.
Schließlich sind zwischen dem Gehäuse 16 und
dem Pumpenkolben 17 und zwischen dem Gehäuse 16 und
dem Ringkolben 18, sowie zwischen den Kolben 17 und 18 untereinander
jeweils Wellendichtungen 32, 33 und 34 vorgesehen, über
welche jeweils eine Leckage von Fluid aus den Druckräumen 19 bzw. 20 verhindert werden
kann.
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Um
nun bei einer Erstinbetriebnahme des Systems oder nach einem Austausch
von Komponenten Luft aus den Leitungen 5, 6 und/oder 9 zu
entfernen, wird die Pumpenvorrichtung 2 über das
Betätigungselement 24 in Betrieb genommen. Hierbei wird
der Pumpenkolben 17 und zunächst auch der Ringkolben 18 translatorisch
bewegt, was bei einer Aufwärtsbewegung in den Druckräumen 19 und 20 zu
einem Ansaugen von Fluid über die Rückschlagventile 22a und 22b aus
der Saugleitung 5 führt. Bei einer darauf folgenden
Abwärtsbewegung wird das Fluid dann über die Rückschlagventile 23a und 23b in
die Versorgungsleitung 6 in Richtung der Förderpumpe 4 weiterbefördert.
Bei der Aufwärtsbewegung nimmt der Pumpenkolben 17 dabei
den Ringkolben 18 über den Sprengring 30 mit,
wobei ein Anschlag der beiden Kolben 17 und 18 durch
den Deckel 31 des Gehäuses 16 gebildet
ist. Ist nun die Versorgungsleitung 6 vollständig
mit Fluid gefüllt und muss in der Folge das Fluid durch
die Förderpumpe 4 gedrückt werden, so
erhöht sich der Druck in der Versorgungsleitung 6 entsprechend.
Dadurch erhöht sich auch bei einer Abwärtsbewegung
der Kolben 17 und 18 der Gegendruck in den Druckräumen 19 und 20.
Ab einem bestimmten Drucklevel in dem zweiten Druckraum 20 führt
dies dazu, dass die Kugeln 26 aufgrund der, in axialer
Richtung auf den Ringkolben 18 einwirkenden, hydraulischen
Kraft entgegen der Federelemente 28 in die Bohrungen 27 zurückgedrückt
werden. Ab diesem Zeitpunkt wird die Koppelung zwischen dem Pumpenkolben 17 und
dem Ringkolben 18 aufgehoben, so dass bei einer Betätigung des
Betätigungselementes 24 lediglich Pumpenkolben 17 axial
bewegt wird. Hierdurch verkleinert sich die, in die Versorgungsleitung 6 geförderte
Fluidmenge entsprechend, gleichzeitig wird aber auch die am Betätigungselement 24 aufzubringende
Kraft vermindert. Dabei sind die Durchmesser von Pumpenkolben 17 und
Ringkolben 18 derart aufeinander abgestimmt, dass das Kraftlevel
beim Hindurchdrücken von Fluid durch die Förderpumpe 4 nur
geringfügig von einer vorherigen Krafthöhe bei
Förderung über beide Kolben 17 und 18 abweicht.
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Mittels
der erfindungsgemäßen manuell betätigbaren
Pumpenvorrichtung 2 kann somit eine zuverlässige
Entlüftung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine 1 bei
einem angemessenen Kraftniveau bewerkstelligt werden, während
gleichzeitig ein Bypassventil im Bereich einer Förderpumpe 4 entfallen
kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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