DE102008008259A1

DE102008008259A1 - Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Einspritzsystem

Info

Publication number: DE102008008259A1
Application number: DE102008008259A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Haas; Karl Lutter
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-13
Also published as: EP2088310A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einen von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende und von einer Gaswechselnockenwelle betätigte Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Common-Rail-Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist, wobei das Rail von zumindest einer Hochdruckpumpe, die über einen Rollenstößel von einer Gaswechselnockenwelle angetrieben wird, mit Kraftstoff befüllt wird. Erfindungsgemäß wird eine selbstzündende Brennkraftmaschine bereitgestellt, an die, ausgehend von einem konventionellen Einspritzsystem in Form beispielsweise einer Reiheneinspritzpumpe oder einer Verteilerspritzpumpe, mit möglichst wenig tiefgreifenden Änderungen ein Common-Rail-Einspritzsystem angebaut werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Hochdruckpumpe stirnseitig der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dass zumindest der Rollenstößel in ein mit dem Kurbelgehäuse verbundenes Gehäuse eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einen von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende und von einer Gaswechselnockenwelle betätigte Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Common-Rail-Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist, wobei das Rail von zumindest einer Hochdruckpumpe, die über einen Rollenstößel von einer Gaswechselnockenwelle angetrieben wird, mit Kraftstoff befüllt wird.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 195 08 445 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist ein Common-Rail-Einspritzsystem auf, mit dem der Kraftstoff über Injektoren in die den einzelnen Zylindern zugeordneten Brennräume eingespritzt wird. Der Kraftstoff wird dabei von vorzugsweise zwei Hochdruckpumpen in das Rail gefördert. Die Hochdruckpumpen sind in Ausnehmungen in dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eingesetzt und wirken antriebsseitig mit Fördernocken auf der Gaswechselnockenwelle der Brennkraftmaschine zusammen. Sowohl das Kurbelgehäuse als auch die Nockenwelle sind speziell für den Einsatz dieses Einspritzsystems gestaltet und gefertigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstzündende Brennkraftmaschine bereitzustellen, an die, ausgehend von einem konventionellen Einspritzsystem in Form beispielsweise einer Reiheneinspritzpumpe oder einer Verteilereinspritzpumpe, mit möglichst wenig tiefgreifenden Änderungen ein Common-Rail-Einspritzsystem angebaut werden kann.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Hochdruckpumpe stirnseitig der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dass zumindest der Rollenstößel in ein mit dem Kurbelgehäuse verbundenes Gehäuse eingesetzt ist. Durch diese Ausbildung brauchen an dem Kurbelgehäuse keine aufwendigen und kostenintensiven Änderungen vorgenommen werden, andererseits wird keine eigene Nockenwelle benötigt, da die Hochdruckpumpe von der Gaswechselnockenwelle angetrieben wird. Grundsätzlich kann das Gehäuse ein zusätzliches, mit dem Kurbelgehäuse verbundenes Gehäuse sein, ist aber in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt ein an der Brennkraftmaschine schon vorhandenes Räderkastengehäuse. Dieses Räderkastengehäuse wird entsprechend modifiziert und insbesondere im Bereich der Gaswechselnockenwelle mit zumindest einer Öffnung versehen, in die zumindest die eine Hochdruckpumpe mit zumindest dem zugeordneten Rollenstößel eingesetzt und verbunden, insbesondere verschraubt, ist. Wegen der auftretenden Belastungen kann es erforderlich sein, in das Räderkastengehäuse geeignete Versteifungen zu integrieren. Dennoch ist eine solche Änderung des Räderkastengehäuses, das im Übrigen bevorzugt aus einem Leichtmetall gegossen wird, erheblich einfacher zu realisieren als eine Modifizierung des Kurbelgehäuses und es ist möglich, unterschiedliche Varianten bereitzuhalten.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Räderkastengehäuse je nach Ausgestaltung der Brennkraftmaschine auf der riementriebseitigen oder schwungradseitigen Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet. Im Übrigen kann die Brennkraftmaschine luftgekühlt oder flüssigkeitsgekühlt sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Hochdruckpumpe und dem Räderkastengehäuse ein Zwischengehäuse angeordnet. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, das Räderkastengehäuse nur so weit zu ändern, dass es wiederum für möglichst viele oder sogar alle Varianten der Brennkraftmaschine universell verwendbar ist. Dabei kann dann die Öffnung, in die die Hochdruckpumpe mit zumindest dem Rollenstößel eingreift, bei dem Verbau eines konventionellen Einspritzsystems durch einen Deckel verschlossen werden. Wird dagegen ein Common-Rail-Einspritzsystem verbaut, wird auf das Räderkastengehäuse ein an die Hochdruckpumpe angepasstes Zwischengehäuse aufgesetzt.
In Weiterbildung der Erfindung wird der Rollenstößel der Hochdruckpumpe von einem vorzugsweise mehrere Erhebungen aufweisenden Fördernocken betätigt, der außerhalb der Kurbelgehäuselagerung der Gaswechselnockenwelle angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung braucht wiederum an dem Kurbelgehäuse und der Kurbelgehäuselagerung der Gaswechselnockenwelle keine Änderung vorgenommen zu werden.
In weiterer Ausgestaltung ist der Fördernocken zwischen einer äußeren Kurbelgehäuselagerung und einem Antriebszahnrad der Gaswechselnockenwelle angeordnet oder aber der Fördernocken ist außenseitig zu dem Antriebszahnrad angeordnet. Hier wird man eine Anordnung wählen, die die vorhandenen Platzverhältnisse berücksichtigt.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Fördernocken auf der Gaswechselnockenwelle befestigt, insbesondere aufgeschrumpft. Grundsätzlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, den Fördernocken einstückig mit der Gaswechselnockenwelle zu fertigen. Dies bedingt aber eine aufwendigere Umgestaltung der Gaswechselnockenwelle, als wenn der Fördernocken nur bedarfsmäßig aufgeschrumpft wird. Dazu ist gegebenenfalls eine einmalige Anpassung der Gaswechselnockenwelle in der Form notwendig, dass ein zylindrischer Abschnitt zusätzlich vorgesehen wird, auf den der Fördernocken bedarfsmäßig aufschrumpfbar ist. Ein wesentlicher Vorteil liegt weiterhin darin, dass der Kopfkreisdurchmesser des Fördernockens größer als der Durchmesser der Kurbelgehäuselagerung der Gaswechselnockenwelle sein kann, da die Gaswechselnockenwelle von der Stirnseite, auf der sich der Fördenocken befindet, in das Kurbelgehäuse eingeschoben wird. Dadurch bestehen größere Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der Erhebungen zur Betätigung der Rollenstößen beispielsweise hinsichtlich geringerer Herzscher Flächenpressung.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Fördernocken einstückig mit dem Antriebszahnrad gefertigt. Bei dieser Ausgestaltung braucht die Gaswechselnockenwelle überhaupt nicht geändert zu werden. Wenn auch bei dieser Ausgestaltung die einstückige Fertigung des Fördernockens mit dem Antriebszahnrad bevorzugt wird, ist es hier auch grundsätzlich möglich, den Fördernocken auf einen entsprechenden zylindrischen Abschnitt des Antriebszahnrads beispielsweise aufzuschrumpfen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es – wie schon zuvor angedeutet – selbstverständlich auch möglich, zwei Hochdruckpumpen, die in einem V-Winkel von insbesondere 90 Grad oder 60 Grad bei einer sechszylindrigen Reihenbrennkraftmaschine zueinander angeordnet sind, auf beziehungsweise an dem Räderkastengehäuse anzuordnen und von einem gemeinsamen Fördernocken, aber unterschiedlichen Erhebungen, anzutreiben. Die Anzahl der Hochdruckpumpen ist in erster Linie von der Zylinderzahl und der gewünschten Kraftstoffauffüllung in dem Rail abhängig. Darüber hinaus kann es bei allen Varianten sinnvoll sein, außenseitig des Antriebszahnrads oder des Fördernockens eine zusätzliche Lagerstelle für die Gaswechselnockenwelle in dem Räderkastengehäuse vorzusehen. Durch diese zusätzliche Lagerstelle werden zusätzliche Belastungen auf die Gaswechselnockenwelle abgefangen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben ist. Es zeigen:
1 eine Stirnansicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einer teilweisen Schnittdarstellung,
3 eine Stirnansicht des Räderkastengehäuses mit der aufgesetzten Hochdruckpumpe in einer teilweisen Schnittdarstellung und
4 eine Seitenansicht zu 3, wiederum in einer teilweisen Schnittdarstellung.
Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine ist eine luftgekühlte, selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem integrierten Kühlluftgebläse, das Kühlluft aus der Umgebung ansaugt und in ein sich entlang der hinter dem Kühlluftgebläse 1 befindlichen Längsseitenwand der Brennkraftmaschine angeordnetes Kühlluftleitgehäuse fördert. Das Kühlluftleitgehäuse ist so ausgebildet, dass es die geförderte Kühlluft zur Kühlung der luftgekühlten Zylinderrohre und Zylinderköpfe 2 weiterleitet. Weiterhin werden eventuell an der Brennkraftmaschine montierte Wärmetauscher, wie ein Schmierölwärmetauscher und ein Ladeluftwärmetauscher, von dem Kühlluftgebläse 1 mit Kühlluft beaufschlagt. Das Kühlluftgebläse 1 ist auf der zu den äußeren Gaswechselleitungen gegenüberliegenden Seite der Brennkraftmaschine angebaut und wird über einen Riementrieb 3 von einem auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine montierten Riementriebrad 4 angetrieben. Gespannt wird der Riementrieb 3 von einer Spannvorrichtung 5, die gleichzeitig zum Antrieb beispielsweise einer Hilfspumpe dienen kann. Auf der Gaswechselseite der Brennkraftmaschine ist ein Generator 6 montiert, der über einen zweiten Riementrieb 3a angetrieben wird. Der zweite Riementrieb 3a wird von einem weiteren Riementriebrad angetrieben, das ebenfalls auf der Kurbelwelle vor oder hinter dem ersten Riementriebrad 4 montiert ist.
Die Brennkraftmaschine weist ein Einspritzsystem auf, das in der ursprünglichen Ausgestaltung eine Reiheneinspritzpumpe aufweist, die im Bereich unterhalb des Kühlluftgebläses 1 und hinter der Spannvorrichtung 5 angeordnet ist. Diese ursprüngliche Reiheneinspritzpumpe wird über einen eigenen Rädertrieb, der in einem Räderkastengehäuse 7 angeordnet ist, angetrieben. Gleichzeitig ist in dem Räderkastengehäuse 7 ein zweiter Rädertrieb angeordnet, der, ausgehend von einem Kurbelwellenzahnrad, über ein Zwischenrad ein Antriebszahnrad 8 antreibt. Dieses Antriebszahnrad 8 ist mit einer Gaswechselnockenwelle 9 fest verbunden und treibt diese mit halber Kurbelwellendrehzahl an. Von der Gaswechselnockenwelle 9 werden über einen bekannten Ventiltrieb die in den Zylinderköpfen 2 eingesetzten Gaswechseleinrichtungen der Brennkraftmaschine betätigt. Die Gaswechselnockenwelle 9 ist in dem Kurbelgehäuse 10 (2) der Brennkraftmaschine mittels mehrerer Kurbelgehäuselagerungen 11 gelagert. Dabei ist eine riementriebseitige Kurbelgehäuselagerung 11 direkt angrenzend an das Antriebszahnrad 8 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist anstelle eines konventionellen Einspritzsystems mit einem Common-Rail-Einspritzsystem ausgestattet, das mit möglichst wenig Änderungen, insbesondere an komplexen Bauteilen wie beispielsweise dem Kurbelgehäuse 10 an die Brennkraftmaschine anbaubar ist. Dazu ist eine Hochdruckpumpe 12 des Common-Rail-Einspritzsystems auf der riementriebseitigen Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet und ein den Pumpenplunger der Hochdruckpumpe 12 betätigter Rollenstößel 13 ist durch eine Ausnehmung in dem Räderkastengehäuse 7 in dieses eingesetzt und gleichzeitig geführt. Der Rollenstößel 13 weist eine Laufrolle 14 auf, die auf einem mehrere Erhebungen 15 aufweisenden Fördernocken 16 abrollt. Der Fördernocken 16 ist stirnseitig vor dem Antriebszahnrad 8 angeordnet und entweder Bestandteil (einstückig oder befestigt) der Gaswechselnockenwelle 9 oder des Antriebszahnrad 8. Falls der Fördernocken 16 einstückig mit der Gaswechselnockenwelle 9 gefertigt ist, kann es erforderlich sein, den zylinderförmigen Aufschrumpfbereich für das Antriebszahnrad 8 mit einem gegenüber den Kurbelgehäuselagerungen 11 vergrößerten Durchmesser auszuführen, damit das Antriebszahnrad 8 von vorne über die Erhebungen 15 auf die entsprechende Sitzfläche aufgesetzt und aufgeschrumpft werden kann.
Die Hochdruckpumpe 12 ist weiterhin in ein Zwischengehäuse 17 eingesetzt, das oberhalb der Öffnung für den Rollenstößel 13 auf dem Räderkastengehäuse 7 befestigt ist. Die Hochdruckpumpe 12 ist über eine nicht dargestellte Hochdruckleitung mit einem bevorzugt oberhalb des Kühlluftgebläses 1 angeordneten Rail 18 verbunden, das sich entlang der Längs seite der Brennkraftmaschine erstreckt. Das Rail ist über kurze Einspritzleitungen 19 mit in den Zylinderköpfen 2 eingesetzten elektrisch steuerbaren Injektoren (Einspritzventilen) verbunden.
Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung ist die Hochdruckpumpe 12, ohne dass die äußere Kontur der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflusst ist oder wesentliche Bauteile der Brennkraftmaschine umkonstruiert werden müssen, an die Brennkraftmaschine integriert.
Die 3 und 4 zeigen Detailansichten zur Ausbildung des Räderkastengehäuses 7 und der angebauten Hochdruckpumpe 12. Die in der 3 dargestellten Komponenten sind weitgehend zuvor beschrieben worden. Dargestellt ist in der 3 die Ausbildung des Räderkastengehäuses 7 auf der linken Seite zu der Kurbelwellenlängsachse 20 zum Antrieb der ursprünglichen Reiheneinspritzpumpe. Dazu weist das Räderkastengehäuse 7 in diesem Bereich einen Fortsatz 21 auf, der bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung gegebenenfalls abgetrennt werden kann (die sich dann einstellende äußere Kontur in diesem Bereich ist strichliniiert dargestellt). Es kann im Rahmen der Erfindung aber auch ausdrücklich vorgesehen sein, den Fortsatz 21 an dem Räderkastengehäuse 7 zu belassen, und hier eine zusätzliche Nebenabtriebsmöglichkeit vorzusehen.
4 zeigt ergänzend zu dem zuvor Beschriebenen, dass das Räderkastengehäuse 7 im Bereich unterhalb des Zwischengehäuses 17 eine leichte, nach außen weisende Ausbuchtung 22 aufweist. Die Ausbuchtung 22 ist, wie das gesamte Räderkastengehäuse 7, in diesem Bereich besonders steif ausgebildet (siehe auch die in 3 dargestellten Versteifungsrippen 23, die diesen Bereich der Ausbuchtung 22 und die darüber liegende Anflanschfläche zur Befestigung des Zwischengehäuses 17 abstützen).

1: Kühlluftgebläse
2: Zylinderkopf
3, 3a: Riementrieb
4: Riementriebrad
5: Spannvorrichtung
6: Generator
7: Räderkastengehäuse
8: Antriebszahnrad
9: Gaswechselnockenwelle
10: Kurbelgehäuse
11: Kurbelgehäuselagerung
12: Hochdruckpumpe
13: Rollenstößel
14: Laufrolle
15: Erhebung
16: Fördernocken
17: Zwischengehäuse
18: Rail
19: Einspritzleitung
20: Kurbelwellenlängsachse
21: Fortsatz
22: Ausbuchtung
23: Versteifungsrippen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19508445 A1 [0002]

Claims

Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einen von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende und von einer Gaswechselnockenwelle betätigte Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Common-Rail-Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist, wobei das Rail von zumindest einer Hochdruckpumpe, die über einen Rollenstößel von einer Gaswechselnockenwelle angetrieben wird, mit Kraftstoff befüllt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe (12) stirnseitig der Brennkraftmaschine angeordnet ist und dass zumindest der Rollenstößel (13) in ein mit dem Kurbelgehäuse (10) verbundenes Gehäuse eingesetzt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Räderkastengehäuse (7) ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Räderkastengehäuse (7) auf der riementriebseitigen oder der schwungradseitigen Stirnseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochdruckpumpe (12) und dem Räderkastengehäuse (7) ein Zwischengehäuse (17) angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rollenstößel (13) von einem vorzugsweise mehrere Erhebungen (15) aufweisenden Fördernocken (16) betätigt wird, der außerhalb der Kurbelgehäuselagerung (11) der Gaswechselnockenwelle (9) angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördernocken (16) zwischen einer äußeren Kurbelgehäuselagerung (11) und einem Antriebszahnrad (8) der Gaswechselnockenwelle (9) angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördernocken (16) außenseitig zu dem Antriebszahnrad (8) angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördernocken (16) auf der Gaswechselnockenwelle (9) befestigt, insbesondere aufgeschrumpft ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Fördernocken (16) einstückig mit dem Antriebszahnrad (8) gefertigt ist.