DE102009040724A1

DE102009040724A1 - Internal-combustion engine for motor vehicle i.e. road vehicle, has coupling device with drive shaft, which is connected with cam shaft, where longitudinal center axis of drive shaft is bent opposite to longitudinal center axis of cam shaft

Info

Publication number: DE102009040724A1
Application number: DE200910040724
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Schöllkopf (FH)
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-09-09
Filing date: 2009-09-09
Publication date: 2011-03-10

Abstract

The engine (1) has a cam shaft (4) controlling gas exchange valves, and a high-pressure pump (7) provided for a fuel injection system (6). A coupling device (10) couples the high-pressure pump with the cam shaft. The coupling device includes a drive shaft (14), which is jointly drive-connected with the cam shaft, where a longitudinal center axis (15) of the drive shaft is bent opposite to a longitudinal center axis (12) of the cam shaft. The drive shaft carries a pump cam (17), which cooperates with a roller shaft (18) of the high-pressure pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to an internal combustion engine for a motor vehicle, having the features of the preamble of claim 1.

Aus der DE 195 15 191 A1 ist eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug bekannt, die zumindest eine Nockenwelle zum Steuern von Gaswechselventilen sowie eine Hochdruckpumpe für eine Kraftstoffeinspritzanlage aufweist. Dabei ist die Hochdruckpumpe mit der Nockenwelle über eine Kopplungseinrichtung antriebsgekoppelt. Bei der bekannten Brennkraftmaschine weist die Kopplungseinrichtung einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen Pumpennocken sowie einen Stößel auf, der mit dem Pumpennocken zusammenwirkt, um bidirektionale Antriebsbewegungen auf ein Antriebsglied der Hochdruckpumpe zu übertragen. Der Stößel treibt dabei einen Plungerkolben zum Fördern des Kraftstoffs an.From the DE 195 15 191 A1 an internal combustion engine for a motor vehicle is known, which has at least one camshaft for controlling gas exchange valves and a high-pressure pump for a fuel injection system. The high-pressure pump is drive-coupled to the camshaft via a coupling device. In the known internal combustion engine, the coupling device has a pump cam rotatably connected to the camshaft and a plunger, which cooperates with the pump cam to transmit bidirectional drive movements to a drive member of the high-pressure pump. The plunger drives a plunger to convey the fuel.

Aus der DE 42 12 255 C2 ist eine weitere Brennkraftmaschine dieser Art bekannt, wobei der mit dem Pumpennocken zusammenwirkende Stößel als Rollenstößel ausgestaltet ist und eine an einer Steuerkontur des Pumpennockens ablaufende Rolle trägt.From the DE 42 12 255 C2 Another internal combustion engine of this type is known, wherein the cooperating with the pump cam plunger is designed as a roller tappet and carries a running on a control contour of the pump cam role.

Aus der DE 10 2005 023 846 A1 ist eine weitere Brennkraftmaschine dieser Art bekannt, wobei als Pumpennocken ein Ventilnocken verwendet wird, der ein Gaswechselventil steuert. Außerdem ist bei dieser Brennkraftmaschine der Stößel in einer Trennebene zwischen Zylinderkopfhaube und Zylinderkopf angeordnet, wodurch die Kopplungseinrichtung seitlich an den Motorblock angebaut werden kann.From the DE 10 2005 023 846 A1 Another internal combustion engine of this type is known, wherein a valve cam is used as a pump cam, which controls a gas exchange valve. In addition, in this internal combustion engine, the plunger is arranged in a parting plane between the cylinder head cover and the cylinder head, whereby the coupling device can be mounted laterally on the engine block.

Üblicherweise wird als Nockenwelle, die den Pumpennocken der Kopplungseinrichtung trägt, eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine verwendet, die Ventilnocken zum Steuern von Gaswechselventilen trägt. Die Kopplungseinrichtung und die Hochdruckpumpe sind dann im Bereich einer Zylinderkopfhaube angeordnet. Dabei ist die Hochdruckpumpe bzgl. der Drehachse der Nockenwelle entsprechend der Antriebsbewegung des Stößels radial angeordnet. Zur Bauraumoptimierung ist es dabei möglich, die Relativlage der Hochdruckpumpe bzgl. der Nockenwelle durch Drehen um die Drehachse der Nockenwelle zu verändern. Da somit nur ein einziger Freiheitsgrad für die Positionierung der Hochdruckpumpe relativ zur Nockenwelle zur Verfügung steht, sind die Möglichkeiten zur Optimierung des für die Hochdruckpumpe und die zugehörige Kopplungseinrichtung benötigten Bauraums reduziert.Usually, as a camshaft, which carries the pump cam of the coupling device, a camshaft of the internal combustion engine is used which carries valve cams for controlling gas exchange valves. The coupling device and the high-pressure pump are then arranged in the region of a cylinder head cover. In this case, the high-pressure pump with respect. The rotational axis of the camshaft is arranged radially according to the drive movement of the plunger. To optimize the space, it is possible to change the relative position of the high-pressure pump with respect to the camshaft by rotating about the axis of rotation of the camshaft. Since only a single degree of freedom is thus available for positioning the high-pressure pump relative to the camshaft, the possibilities for optimizing the installation space required for the high-pressure pump and the associated coupling device are reduced.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Möglichkeiten zur Optimierung des erforderlichen Einbauraums vergrößert sind, sodass insbesondere die gestalterische Freiheit für die Unterbringung der Hochdruckpumpe an der Brennkraftmaschine vergrößert ist.The present invention is concerned with the problem of providing an improved embodiment for an internal combustion engine of the type mentioned above, which is characterized in particular by the fact that the possibilities for optimizing the required installation space are increased, so that in particular the creative freedom for the accommodation of the high pressure pump on the Internal combustion engine is increased.

Dieses Problem wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved by the subject matter of the independent claim. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Kopplungseinrichtung mit einer Gelenkwelle auszustatten, die mit der Nockenwelle gelenkig verbunden bzw. antriebsverbunden ist. Die Gelenkwelle ist dabei gegenüber der Nockenwelle geneigt angeordnet, d. h., die Längsmittelachsen von Gelenkwelle und Nockenwelle sind zueinander geneigt. Durch die Neigung der Gelenkwelle gegenüber der Nockenwelle kann auch für die Hochdruckpumpe eine gegenüber einer herkömmlichen radial orientierten Ausrichtung eine geneigte Positionierung gegenüber der Nockenwelle realisiert werden. Durch die Neigung der Gelenkwelle wird somit ein zusätzlicher Freiheitsgrad für die Positionierung der Hochdruckpumpe der Brennkraftmaschine geschaffen. Insbesondere kann durch die Auswahl des Winkels zwischen der Längsmittelachse der Gelenkwelle und der Längsmittelachse der Nockenwelle sowie durch die axiale Länge der Gelenkwelle eine große Vielfalt an zusätzlichen Möglichkeiten zur Positionierung der Hochdruckpumpe relativ zur Brennkraftmaschine geschaffen werden. Es entstehen somit zusätzliche Möglichkeiten zur Unterbringung der Hochdruckpumpe an der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich einer Zylinderkopfhaube.The invention is based on the general idea of equipping the coupling device with a propeller shaft which is articulated or drivingly connected to the camshaft. The propeller shaft is inclined relative to the camshaft, d. h., The longitudinal center axes of the propeller shaft and camshaft are inclined to each other. Due to the inclination of the propeller shaft relative to the camshaft, an inclined positioning relative to the camshaft can also be realized for the high-pressure pump compared with a conventional radially oriented alignment. The inclination of the propeller shaft thus creates an additional degree of freedom for the positioning of the high-pressure pump of the internal combustion engine. In particular, can be created relative to the engine by selecting the angle between the longitudinal center axis of the propeller shaft and the longitudinal center axis of the camshaft and the axial length of the propeller shaft a large variety of additional options for positioning the high pressure pump. Thus, additional possibilities arise for accommodating the high-pressure pump on the internal combustion engine, in particular in the region of a cylinder head cover.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Gelenkwelle einen Pumpennocken tragen, der mit einem Rollenstößel der Hochdruckpumpe zusammenwirkt. Der Rollenstößel kann dann in bekannter Weise ein Antriebsglied der Hochdruckpumpe bidirektional antreiben. Insoweit wird hier auf bewährte Konstruktionen zurückgegriffen, was die Realisierung der vorgeschlagenen Ausführungsform vereinfacht. Die axiale Position des Pumpennockens entlang der Gelenkwelle ist frei wählbar, wodurch sich für die Positionierung der Hochdruckpumpe weitere Möglichkeiten eröffnen.According to a particularly advantageous embodiment, the propeller shaft can carry a pump cam, which cooperates with a roller tappet of the high-pressure pump. The roller tappet can then drive a drive member of the high pressure pump bidirectionally in a known manner. In that regard, recourse is made here to proven constructions, which simplifies the realization of the proposed embodiment. The axial position of the pump cam along the propeller shaft is arbitrary, which open up further possibilities for the positioning of the high-pressure pump.

Die Gelenkwelle kann entsprechend einer anderen Ausführungsform zumindest hälftig an einem Deckel um ihre Längsmittelachse drehbar gelagert sein, wobei der Deckel an einen die Nockenwelle lagernden Zylinderkopf angebaut ist. Die Lagerung der Gelenkwelle wird somit zumindest teilweise mit Hilfe eines zusätzlichen Bauteils realisiert, das auf einfache Weise an den Zylinderkopf angebaut werden kann. Die Modifikationen, die zur Realisierung der hier vorgeschlagenen Kopplung zwischen Nockenwelle und Hochdruckpumpe erforderlich sind, fallen dadurch vergleichsweise gering aus.According to another embodiment, the propeller shaft can be rotatably mounted at least halfway on a cover about its longitudinal central axis, wherein the cover is attached to a cylinder head supporting the camshaft. The bearing of the propeller shaft is thus at least partially realized by means of an additional component which can be easily attached to the cylinder head. The modifications necessary to realize the Here proposed coupling between the camshaft and high-pressure pump are required, thereby falling relatively low.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Other important features and advantages of the invention will become apparent from the dependent claims, from the drawings and from the associated figure description with reference to the drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.Preferred embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail in the following description, wherein like reference numerals refer to the same or similar or functionally identical components.

Es zeigen, jeweils schematisch,Show, in each case schematically,

1 eine stark vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, 1 a greatly simplified side view of an internal combustion engine according to the invention,

2 eine perspektivische Ansicht der Brennkraftmaschine im Bereich einer Hochdruckpumpe, 2 a perspective view of the internal combustion engine in the region of a high-pressure pump,

3 eine weitere Seitenansicht der Brennkraftmaschine im Bereich der Hochdruckpumpe. 3 another side view of the engine in the high pressure pump.

Entsprechend den 1 bis 3 umfasst eine Brennkraftmaschine 1 bei üblichem Aufbau einen in 1 transparent dargestellten Zylinderkopf 2 sowie eine in 1 ebenfalls transparent dargestellte Zylinderkopfhaube 3. Am Zylinderkopf 2 ist zumindest eine Nockenwelle 4 gelagert, die über Ventilnocken 5 mit nicht näher bezeichneten Gaswechselventilen zusammenwirkt, um diese zu steuern. Die Brennkraftmaschine 1 kann bevorzugt in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Straßenfahrzeug, angeordnet sein.According to the 1 to 3 includes an internal combustion engine 1 with usual construction a in 1 transparent cylinder head 2 as well as an in 1 likewise transparent cylinder head cover 3 , At the cylinder head 2 is at least one camshaft 4 stored, the over valve cam 5 cooperates with unspecified gas exchange valves to control these. The internal combustion engine 1 may preferably be arranged in a motor vehicle, in particular in a road vehicle.

Die Brennkraftmaschine 1 ist außerdem mit einer Kraftstoffeinspritzanlage 6 ausgestattet. Diese umfasst zumindest eine Hochdruckpumpe 7. Im Beispiel umfasst die Kraftstoffeinspritzanlage 6 außerdem eine Hochdruckleitung 8 zur Versorgung mehrerer daran angeschlossener Kraftstoffinjektoren 9, sog. Common-Rail-System.The internal combustion engine 1 is also equipped with a fuel injection system 6 fitted. This includes at least one high-pressure pump 7 , In the example, the fuel injection system includes 6 also a high pressure line 8th for supplying several fuel injectors connected thereto 9 , so-called common rail system.

Des Weiteren ist eine Kopplungseinrichtung 10 vorgesehen, welche die Hochdruckpumpe 7 mit der Nockenwelle 4 antriebskoppelt, um im Betrieb der Brennkraftmaschine 1, also bei rotierender Nockenwelle 4 die Hochdruckpumpe 7 anzutreiben.Furthermore, a coupling device 10 provided which the high pressure pump 7 with the camshaft 4 drive coupled to the operation of the internal combustion engine 1 , so with rotating camshaft 4 the high pressure pump 7 drive.

Außerdem ist gemäß 1 ein Deckel 11 vorgesehen, der bzgl. des Zylinderkopfs 2 und bzgl. der Zylinderkopfhaube 3 ein separates Bauteil ist und der an den Zylinderkopf 2 und an die Zylinderkopfhaube 3 angebaut ist. Die Zylinderkopfhaube 3 liegt in einer ersten Trennebene 12 am Zylinderkopf 2 an. Ferner liegt die Zylinderkopfhaube 3 über eine zweite Trennebene 13 am Deckel 11 an. Die beiden Ebenen 12, 13 schneiden sich.In addition, according to 1 a lid 11 provided, with respect to the cylinder head 2 and regarding the cylinder head cover 3 is a separate component and the to the cylinder head 2 and to the cylinder head cover 3 is grown. The cylinder head cover 3 lies in a first parting plane 12 on the cylinder head 2 at. Furthermore, the cylinder head cover lies 3 over a second parting line 13 on the lid 11 at. The two levels 12 . 13 cut themselves.

Entsprechend den 2 und 3 weist die Kopplungseinrichtung 10 eine Gelenkwelle 14 auf. Diese ist gelenkig mit der Nockenwelle 4 antriebsverbunden. Ferner weist die Gelenkwelle 14 eine Längsmittelachse 15 auf, die in 1 mit der zweiten Trennebene 13. zusammenfällt. Außerdem besitzt die Nockenwelle 4 eine Längsmittelachse 16, die in 1 mit der ersten Ebene 12 zusammenfällt. Die Gelenkwelle 14 ist gegenüber der Nockenwelle 4 so angeordnet, dass die Längsmittelachse 15 der Gelenkwelle 14 gegenüber der Längsmittelachse 16 der Nockenwelle 4 geneigt ist. Vorzugsweise schneiden sich diese Längsmittelachsen 15, 16.According to the 2 and 3 has the coupling device 10 a propeller shaft 14 on. This is articulated with the camshaft 4 drive-connected. Furthermore, the propeller shaft 14 a longitudinal central axis 15 on that in 1 with the second parting plane 13 , coincides. In addition, the camshaft has 4 a longitudinal central axis 16 , in the 1 with the first level 12 coincides. The PTO shaft 14 is opposite the camshaft 4 arranged so that the longitudinal central axis 15 the propeller shaft 14 opposite the longitudinal central axis 16 the camshaft 4 is inclined. Preferably, these longitudinal central axes intersect 15 . 16 ,

Die Kopplungseinrichtung 10 weist bei der hier gezeigten Ausführungsform einen Pumpennocken 17 sowie einen Rollenstößel 18 auf. Der Pumpennocken 17 ist drehfest an der Gelenkwelle 14 angeordnet, d. h., die Gelenkwelle 14 trägt den Pumpennocken 17. Der Rollenstößel 18 wirkt mit dem Pumpennocken 17 zusammen, d. h., der Rollenstößel 18 rollt mit seiner Rolle 19 an einer Steuerkontur 20 des Pumpennockens 17 ab. Dabei treibt der Rollenstößel 18 ein Antriebsglied 21 der Hochdruckpumpe 7 bidirektional an. Beim Antriebsglied 21 kann es sich bspw. um einen Pumpenplunger oder um eine Kolbenstange zum Antreiben eines hier nicht gezeigten Pumpenkolbens handeln. Der Rollenstößel 18 ist bspw. mittels einer Vorspannfeder 22 gegen den Pumpennocken 17 vorgespannt. Dabei ist eine Hubrichtung 23 des Rollenstößels 18 senkrecht bzw. radial zur Längsmittelachse 15 der Gelenkwelle 14 orientiert.The coupling device 10 has a pump cam in the embodiment shown here 17 and a roller tappet 18 on. The pump cam 17 is non-rotatable on the PTO shaft 14 arranged, ie, the propeller shaft 14 carries the pump cam 17 , The roller plunger 18 works with the pump cam 17 together, ie, the roller tappet 18 rolls with his roll 19 on a control contour 20 the pump cam 17 from. It drives the roller tappet 18 a drive member 21 the high pressure pump 7 bidirectional. At the drive link 21 it may, for example, be a pump plunger or a piston rod for driving a pump piston, not shown here. The roller plunger 18 is, for example, by means of a biasing spring 22 against the pump cam 17 biased. This is a stroke direction 23 of the roller tappet 18 perpendicular or radial to the longitudinal central axis 15 the propeller shaft 14 oriented.

Entsprechend 2 ist die Gelenkwelle 14 in einem bzgl. der Nockenwelle 4 distalen Endbereich 24 am Deckel 11 drehbar gelagert. Hierdurch ergibt sich eine intensive Führung bzw. Abstützung der Gelenkwelle 14 über den Deckel 11 am Zylinderkopf 2. Die Lagerung der Gelenkwelle 14 am Deckel 11 erfolgt dabei hälftig. Der Deckel 11 beinhaltet für die Gelenkwelle 14 hierzu eine entsprechende Lagerhalbschale 25. Die andere hälftige Lagerung der Gelenkwelle 14 erfolgt zweckmäßig an der Zylinderkopfhaube 3. Diese kann hierzu mit einer entsprechenden komplementären, weiteren Lagerhalbschale ausgestattet sein.Corresponding 2 is the PTO shaft 14 in a respect to the camshaft 4 distal end region 24 on the lid 11 rotatably mounted. This results in an intensive guidance or support of the propeller shaft 14 over the lid 11 on the cylinder head 2 , The bearing of the PTO shaft 14 on the lid 11 takes half. The lid 11 includes for the cardan shaft 14 For this purpose, a corresponding bearing half shell 25 , The other half bearing of the PTO shaft 14 Appropriately takes place on the cylinder head cover 3 , This can be equipped for this purpose with a corresponding complementary, further bearing half shell.

Die Gelenkwelle 14 ist mit einem bzgl. der Nockenwelle 4 proximalen Endbereich 26 an einem axialen Endbereich 27 der Nockenwelle 4 über ein Gelenk 28 gekoppelt. Das Gelenk 28 realisiert die gewünschte, gelenkige Antriebsverbindung zwischen Nockenwelle 4 und Gelenkwelle 14. Im hier gezeigten, bevorzugten Beispiel ist das Gelenk 28 als Kardangelenk ausgestaltet. Das hier gezeigte kardanische Gelenk 28 besitzt einen besonders preiswerten Aufbau. Sowohl am Endbereich 26 der Gelenkwelle 14 als auch am Endbereich 27 der Nockenwelle 4 sind zwei voneinander beabstandete Haltestege 29 integral ausgeformt, die jeweils gabelförmige Aufnahmen besitzen, in die ein Kardangelenkstück 30 eingesteckt ist. Das hier gezeigte kardanische Gelenk 28 kann somit besonders einfach durch Ineinanderstecken der einzelnen Komponenten hergestellt werden. Ferner besitzt es nur eine einzige zusätzliche Komponente, nämlich das Kardangelenkstück 30, wenn – wie hier – die Haltestege 29 integral an der jeweiligen Welle 14, 4 ausgeformt sind.The PTO shaft 14 is with a respect to the camshaft 4 proximal end region 26 at one axial end region 27 the camshaft 4 about a joint 28 coupled. The joint 28 realizes the desired, articulated drive connection between the camshaft 4 and propeller shaft 14 , In the preferred example shown here is the joint 28 designed as a universal joint. The gimbal joint shown here 28 owns a particularly inexpensive construction. Both at the end 26 the propeller shaft 14 as well as at the end area 27 the camshaft 4 are two spaced holding webs 29 integrally formed, each having fork-shaped receptacles in which a Kardangelenkstück 30 is plugged in. The gimbal joint shown here 28 can thus be produced particularly simply by nesting of the individual components. Furthermore, it has only a single additional component, namely the Kardangelenkstück 30 if, as here, the retaining bars 29 integral to the respective shaft 14 . 4 are formed.

Die Hochdruckpumpe 7 ist zweckmäßig an der Zylinderkopfhaube 3 befestigt. Hierzu kann die Zylinderkopfhaube 3 mit einer entsprechenden Konsole 31 ausgestattet sein. In dieser Konsole 31 kann bspw. eine Linearführung 32 zur bidirektionalen Führung des Rollenstößels 18 integriert sein.The high pressure pump 7 is useful on the cylinder head cover 3 attached. For this purpose, the cylinder head cover 3 with a corresponding console 31 be equipped. In this console 31 can, for example, a linear guide 32 for bidirectional guidance of the roller tappet 18 be integrated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19515191 A1 [0002]
DE 4212255 C2 [0003]
DE 102005023846 A1 [0004]

Claims

Internal combustion engine for a motor vehicle, - with at least one camshaft ( 4 ) for controlling gas exchange valves, - with a high-pressure pump ( 7 ) for a fuel injection system ( 6 ), - with a high-pressure pump ( 7 ) with the camshaft ( 4 ) drive coupling device ( 10 ), characterized in that the coupling device ( 10 ) a propeller shaft ( 14 ), which articulates with the camshaft ( 4 ) is drivingly connected and whose longitudinal central axis ( 15 ) with respect to a longitudinal central axis ( 12 ) of the camshaft ( 4 ) is inclined.

Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the propeller shaft ( 14 ) a pump cam ( 17 ), which with a roller tappet ( 18 ) of the high-pressure pump ( 7 ) cooperates.

Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the propeller shaft ( 14 ) at least halfway on a lid ( 11 ) about its longitudinal central axis ( 5 ) is rotatably mounted on a camshaft ( 4 ) bearing cylinder head ( 2 ) of the internal combustion engine ( 1 ) is grown.