DE102009043259A1

DE102009043259A1 - Nockenkonstruktion für Kraftstoffpumpenbetätigung

Info

Publication number: DE102009043259A1
Application number: DE102009043259A
Authority: DE
Inventors: Roberto L. Farmington Rastelli; James Clarkston Fawcett
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-09-28
Publication date: 2010-04-08
Also published as: US20100083824A1; CN101713360A; US8286546B2

Abstract

Ein Kraftstoffsystem kann eine Kraftstoffpumpe und eine Antriebswelle umfassen. Die Kraftstoffpumpe kann ein Hubkolbenelement umfassen und die Antriebswelle kann ein Nockenelement umfassen, das mit dem Hubkolbenelement in Eingriff steht. Das Nockenelement kann das Hubkolbenelement linear verlagern und die Kraftstoffpumpe antreiben. Das Nockenelement kann einen ersten Nocken mit einer ersten Öffnungsflanke, die einen ersten Kompressionshub der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement antreibt, umfassen. Der erste Nocken kann ein Profil aufweisen, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für einen Abschnitt des ersten Kompressionshubs schafft.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Motorkraftstoffpumpenanordnungen und insbesondere auf Motorkraftstoffpumpen-Antriebssysteme.
HINTERGRUND
Die Angaben in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen in Bezug auf die vorliegende Offenbarung dar und können, müssen jedoch nicht Stand der Technik bilden.
Motoranordnungen können Kraftstoffsysteme umfassen, die eine Vielfalt von Typen von Kraftstoffpumpen beinhalten, um eine Druckkraftstoffzufuhr zu schaffen. Kraftstoffpumpen mit hohem Druck können in Motoren mit Direkteinspritzung verwendet werden. Kraftstoffpumpen mit hohem Druck können ein Hubkolbenelement umfassen, das durch einen Nocken an einer Drehwelle angetrieben wird. Die zum Antreiben der Kraftstoffpumpen verwendeten Nockenprofile treiben typischerweise das Hubkolbenelement mit einer nicht konstanten Geschwindigkeit über den ganzen Kompressionshub der Kraftstoffpumpe an.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Kraftstoffsystem kann eine Kraftstoffpumpe und eine Antriebswelle umfassen. Die Kraftstoffpumpe kann ein Hubkolbenelement umfassen und die Antriebswelle kann ein Nockenelement, das mit dem Hubkolbenelement in Eingriff steht, umfassen. Das Nockenelement kann das Hubkolbenelement linear verlagern und die Kraftstoffpumpe antreiben. Das Nockenelement kann einen ersten Nocken mit einer ersten Öffnungsflanke, die einen ersten Kompressionshub der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement antreibt, umfassen. Der erste Nocken kann ein Profil aufweisen, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für einen Abschnitt des ersten Kompressionshubs schafft.
Weitere Anwendungsgebiete gehen aus der hier gegebenen Beschreibung hervor. Selbstverständlich dienen die Beschreibung und die speziellen Beispiele nur dem Zweck der Erläuterung und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung nicht begrenzen.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur dem Zweck der Erläuterung und sollen den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise begrenzen.
1 ist eine schematische Darstellung einer Motoranordnung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine fragmentarische perspektivische Ansicht des Motorblocks von 1;
3 ist eine fragmentarische Schnittansicht der Motoranordnung von 1;
4 ist eine schematische Darstellung eines ersten Nockenprofils eines Kraftstoffpumpen-Antriebssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Nockenprofils eines Kraftstoffpumpen-Antriebssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
6 ist ein Diagramm, das die Verlagerung eines Kraftstoffpumpen-Antriebsmechanismus auf der Basis des ersten Nockenprofils von 4 darstellt;
7 ist ein Diagramm, das die Geschwindigkeit eines Kraftstoffpumpen-Antriebsmechanismus auf der Basis des ersten Nockenprofils von 4 darstellt;
8 ist ein Diagramm, das die Verlagerung eines Kraftstoffpumpen-Antriebsmechanismus auf der Basis des zweiten Nockenprofils von 5 darstellt; und
9 ist ein Diagramm, das die Geschwindigkeit eines Kraftstoffpumpen-Antriebsmechanismus auf der Basis des zweiten Nockenprofils von 5 darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht begrenzen. Selbstverständlich geben in den gesamten Zeichnun gen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale an.
In den 1–3 ist nun eine beispielhafte Motoranordnung 10 schematisch dargestellt. Die Motoranordnung 10 kann einen Motorblock 12, einen ersten und einen zweiten Zylinderkopf 14, 16, eine Ventiltriebanordnung 18, ein Kraftstoffsystem 20 und eine Kurbelwelle 22 umfassen.
Wie in 2 zu sehen ist, kann der Motorblock 12 eine Gussstruktur sein und kann eine erste und eine zweite Gruppe 24, 26 von Zylindern 28 umfassen. Die erste und die zweite Gruppe 24, 26 können in einem Winkel relativ zueinander angeordnet sein, um eine V-Konfiguration zu bilden, die ein Tal 30 zwischen der ersten und der zweiten Gruppe 24, 26 definiert. Die Kurbelwelle 22 kann durch den Motorblock 12 unter dem Tal 30 drehbar gelagert sein. Eine erste Wand 32 kann sich zwischen der ersten und der zweiten Gruppe 24, 26 an einem ersten Ende des Tals 30 erstrecken und eine zweite Wand 34 kann sich zwischen der ersten und der zweiten Gruppe 24, 26 an einem zweiten Ende des Tals 30 erstrecken. Der Motorblock 12 kann ferner eine Kraftstoffsystem-Stützstruktur 36 umfassen, die sich innerhalb des Tals 30 zwischen der ersten und der zweiten Gruppe 24, 26 und zwischen der ersten und der zweiten Wand 32, 34 befindet.
Wie in 2 und 3 zu sehen ist, kann die Kraftstoffsystem-Stützstruktur 36 ein Wellengehäuse 38 und ein Pumpenhalterungselement 40 umfassen. Das Wellengehäuse 38 kann eine Bohrung 42, die einen ersten und einen zweiten Lagerbereich 44, 46 umfasst, und eine Öffnung 48, die sich in das Wellengehäuse 38 erstreckt und axial zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerbereich 44, 46 angeordnet ist, definieren. Das Pumpenhalterungselement 40 kann sich vom Wellengehäuse 38 erstrecken und kann eine Öffnung 50 umfassen, die auf die Öffnung 48 im Wellengehäuse 38 ausgerichtet ist.
Wie wiederum in 1 gezeigt ist, kann der erste Zylinderkopf 14 an der ersten Gruppe 24 des Motorblocks 12 befestigt sein und kann der zweite Zylinderkopf 16 an der zweiten Gruppe 26 befestigt sein. Die Ventiltriebanordnung 18 kann eine erste Nockenwelle 52, die durch den ersten Zylinderkopf 14 abgestützt ist, und eine zweite Nockenwelle 54, die durch den zweiten Zylinderkopf 16 abgestützt ist, umfassen, um eine Motorkonfiguration mit oben liegenden Nocken zu bilden. Die Ventiltriebanordnung 18 kann ferner Einlass- und Auslassventile 56, 58 für jeden Zylinder 28 umfassen, die durch die erste und die zweite Nockenwelle 52, 54 betätigt werden.
In den 1 und 3 kann das Kraftstoffsystem 20 ein Kraftstoffzuführungssystem 60, eine Kraftstoffpumpe 62 und ein Kraftstoffpumpen-Antriebssystem 64 umfassen. Das Kraftstoffzuführungssystem 60 kann Kraftstoffeinspritzdüsen 66 und eine erste und eine zweite Kraftstoffverteilerleitung 68, 70 umfassen. Die erste und die zweite Kraftstoffverteilerleitung 68, 70 können mit den Kraftstoffeinspritzdüsen 66 in Verbindung stehen, um Kraftstoff zu jedem der Zylinder 28 zu liefern. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 66 können Kraftstoffeinspritzdüsen für Direkteinspritzung umfassen, die mit den Zylindern 28 in direkter Verbindung stehen, um ein Kraftstoffsystem mit Direkteinspritzung zu bilden.
Die Kraftstoffpumpe 62 kann mit der ersten und der zweiten Kraftstoffverteilerleitung 68, 70 in Verbindung stehen, um eine Druckfluidzufuhr zu den Zylindern 28 bereitzustellen. Die Kraftstoffpumpe 62 kann am Pumpenhalterungselement 40 befestigt sein. Die Kraftstoffpumpe 62 kann einen Pumpenmechanismus 71 und einen Antriebsmechanismus 72 um fassen. Der Pumpenmechanismus 71 kann eine Hubkolbenpumpe umfassen, die am Pumpenhalterungselement 40 befestigt ist, und der Antriebsmechanismus 72 kann einen Hubmechanismus 74 umfassen, der sich durch die Öffnungen 48, 50 in der Kraftstoffsystem-Stützstruktur 36 erstreckt und mit dem Kraftstoffpumpen-Antriebssystem 64 in Eingriff steht. Der Hubmechanismus 74 kann ein Hubkolbenelement bilden. Das Kraftstoffpumpen-Antriebssystem 64 kann den Antriebsmechanismus 72 linear verlagern, um den Pumpenmechanismus 71 anzutreiben, wie nachstehend erörtert. Die Kraftstoffpumpe 62 kann eine Kraftstoffpumpe mit hohem Druck umfassen, die bei Drücken von mehr als 10000 Kilopascal (kPa) arbeitet.
Das Kraftstoffpumpen-Antriebssystem 64 kann eine Antriebswelle 76 umfassen, die durch die Kurbelwelle 22 angetrieben wird. Die Antriebswelle 76 kann innerhalb der Bohrung 42 des Wellengehäuses 38 angeordnet sein und kann mit der Kurbelwelle 22 durch eine Antriebsanordnung 78 in Eingriff stehen. Die Antriebsanordnung 78 kann beispielsweise einen Riemen oder eine Kette umfassen, der bzw. die mit der Antriebswelle 76 und der ersten und der zweiten Nockenwelle 52, 54 in Antriebseingriff steht. Die Antriebswelle 76 kann mit einer Drehzahl angetrieben werden, die geringer ist als die Drehzahl der Kurbelwelle 22 und größer ist als die Drehzahl der ersten und der zweiten Nockenwelle 52, 54. Im vorliegenden Beispiel können die erste und die zweite Nockenwelle 52, 54 mit einer Hälfte der Drehzahl der Kurbelwelle 22 angetrieben werden. In einem weiteren nicht begrenzenden Beispiel kann die Antriebswelle 76 mit drei Viertel der Drehzahl der Kurbelwelle 22 angetrieben werden.
Die Antriebswelle 76 kann einen ersten und einen zweiten Lagerabschnitt 80, 82 und einen mit Nocken versehenen Abschnitt 84 umfassen. Der erste Lagerabschnitt 80 kann durch ein erstes Lager 86 im ersten Lager bereich 44 des Wellengehäuses 38 drehbar gelagert sein und der zweite Lagerabschnitt 82 kann durch ein zweites Lager 88 im zweiten Lagerbereich 46 des Wellengehäuses 38 drehbar gelagert sein. Der mit Nocken versehene Abschnitt 84 kann axial zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerabschnitt 80, 82 angeordnet sein und kann auf die Öffnungen 48, 50 in der Kraftstoffsystem-Stützstruktur 36 ausgerichtet sein. In 4 kann zusätzlich der mit Nocken versehene Abschnitt 84 einen ersten und einen zweiten Nocken 90, 92 umfassen. Der Antriebsmechanismus 72 der Kraftstoffpumpe 62 kann mit dem mit Nocken versehenen Abschnitt 84 der Antriebswelle 76 in Eingriff stehen. Das vorliegende Beispiel zeigt den Hubmechanismus 74, der durch den ersten und den zweiten Nocken 90, 92 verlagert wird, um den Pumpenmechanismus 71 anzutreiben. Der mit Nocken versehene Abschnitt 84 kann den Antriebsmechanismus 72 zweimal pro Umdrehung der Antriebswelle 76 hin und her bewegen. Die Antriebswelle 76 kann sich während des Motorbetriebs in der durch den Pfeil (R₁) angegebenen Richtung drehen.
Der erste und der zweite Nocken 90, 92 können ungefähr einhundertachtzig Grad voneinander beabstandet sein und können im Allgemeinen zueinander ähnlich sein. Daher wird der erste Nocken 90 unter der Voraussetzung beschrieben, dass die Beschreibung gleichermaßen für den zweiten Nocken 92 gilt. Der erste Nocken 90 kann eine Öffnungsflanke 94, eine Schließflanke 96 und einen Scheitelpunkt 98 umfassen. Das Nockenelement 84 kann einen Basiskreis 102 mit einem Radius (R_a1) umfassen. Die Öffnungsflanke 94 kann sich von einem Startpunkt 100 auf dem Basiskreis 102 des mit Nocken versehenen Abschnitts 84 erstrecken und die Schließflanke 96 kann an einem Endpunkt 104 auf dem Basiskreis 102 enden. Der Scheitelpunkt 98 kann sich zwischen dem Startpunkt 100 und dem Endpunkt 104 befinden und kann ein Ende der Öffnungsflanke 94 und einen Beginn der Schließflanke 96 definieren. Die Öffnungsflanke 94 kann sich mehr als eine Hälfte des Winkelabstandes entlang des Basiskreises 102 vom Scheitelpunkt 98 des ersten Nockens 90 zum Scheitelpunkt 99 des zweiten Nockens 92 erstrecken. Außerdem kann ein Abschnitt 103 der Öffnungsflanke 94 eine konstant zunehmende Ausdehnung radial nach außen aufweisen.
Wie in 4 zu sehen ist, können die Öffnungs- und Schließflanken 94, 96 relativ zueinander nicht symmetrisch sein. Insbesondere kann die Öffnungsflanke 94 eine erste Winkelausdehnung (θ₁) entlang des Basiskreises 102 aufweisen und die Schießflanke 96 kann eine zweite Winkelausdehnung (θ₂) aufweisen. Die erste Winkelausdehnung (θ₁) kann größer sein als die zweite Winkelausdehnung (θ₂), was eine größere Dauer der Verlagerung des Hubmechanismus 74 durch die Öffnungsflanke 94 während eines Kompressionshubs der Kraftstoffpumpe 62 relativ zur Verlagerung des Hubmechanismus 74 während eines Rückhubs, der durch die Schließflanke 96 geschaffen wird, bereitstellt. Insbesondere kann die erste Winkelausdehnung (θ₁) mindestens zehn Prozent größer sein als die zweite Winkelausdehnung (θ₂). Die erste Winkelausdehnung (θ₁) kann beispielsweise größer als neunzig Grad und insbesondere größer als einhundert Grad sein, und die zweite Winkelausdehnung (θ₂) kann kleiner als neunzig Grad und insbesondere kleiner als achtzig Grad sein. Im vorliegenden Beispiel kann die erste Winkelausdehnung (θ₁) ungefähr einhundertfünf Grad sein und die zweite Winkelausdehnung (θ₂) kann ungefähr fünfundsiebzig Grad sein. Daher kann ein Umfang der Öffnungsflanke 94 größer sein als ein Umfang der Schließflanke 96.
Der Scheitelpunkt 98 des ersten Nockens 90 kann radial auswärts vom Basiskreis 102 in einer ersten radialen Richtung (D₁) angeordnet sein. Die maximale radiale Breite (R_a2) der Öffnungsflanke 94 kann in einer zweiten radialen Richtung (D₂) definiert sein, die zur ersten radialen Richtung (D₁) im Allgemeinen senkrecht ist und zur Längsachse (A) der Antriebswelle, die in 3 zu sehen ist, im Allgemeinen senkrecht ist. Die maximale radiale Breite (R_a2) der Öffnungsflanke 94 kann größer sein als der Radius (R_a1) des Basiskreises 102.
In 6 und 7 sind zusätzlich die Verlagerung und die Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74, die durch den mit Nocken versehenen Abschnitt 84 bereitgestellt werden, dargestellt. 6 stellt im Allgemeinen die Verlagerung des Hubmechanismus 74 in Millimetern (mm) entlang der Y-Achse (Y1) und die rotatorische Verlagerung der Antriebswelle 76 in Grad entlang der X-Achse (X1) dar. 7 stellt im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74 in mm/Grad entlang der Y-Achse (Y2) und die rotatorische Verlagerung der Antriebswelle 76 in Grad entlang der X-Achse (X2) dar. In 6 und 7 entspricht null Grad im Allgemeinen dem Startpunkt 100, einhundertfünf Grad entsprechen im Allgemeinen dem Scheitelpunkt 98 und einhundertachtzig Grad entsprechen im Allgemeinen dem Endpunkt 104.
Wie vorstehend erörtert, stellt das vorliegende nicht begrenzende Beispiel die erste Winkelausdehnung (θ₁) als einhundertfünf Grad und die zweite Winkelausdehnung (θ₂) als fünfundsiebzig Grad dar. Daher stellen die in 6 und 7 gezeigten Diagramme im Allgemeinen den Eingriff zwischen der Öffnungsflanke 94 und dem Hubmechanismus 74 von null bis einhundertfünf Grad entlang der X-Achsen (X1, X2) und den Eingriff zwischen der Schließflanke 96 und dem Hubmechanismus 74 von einhundertfünf Grad bis einhundertachtzig Grad entlang der X-Achsen (X1, X2) dar.
Wie vorstehend ebenfalls erörtert, kann das Profil der Öffnungsflanke 94 eine konstante Geschwindigkeit für die Verlagerung des Hubmechanismus 74 während eines Kompressionshubs des Hubmechanismus 74 schaffen. Das Profil der Öffnungsflanke 94 kann eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubmechanismus 74 für mindestens zehn Prozent des Kompressionshubs des Hubmechanismus 74 schaffen. Die Öffnungsflanke 94 kann beispielsweise eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubmechanismus 74 für mindestens fünfundzwanzig Grad der Drehung der Antriebswelle 76 und insbesondere für mindestens sechzig Grad der Drehung der Antriebswelle 76 schaffen.
Wie vorstehend erörtert, kann ein Abschnitt 103 der Öffnungsflanke 94 eine mit einer linearen Rate konstant zunehmende Ausdehnung radial nach außen entlang einer Winkelspanne (θ₃) der Öffnungsflanke 94 aufweisen. Der Abschnitt 103 kann an einem ersten Punkt 105 an der Öffnungsflanke 94 beginnen und an einem zweiten Punkt 107 an der Öffnungsflanke 94, der vom ersten Punkt 105 um die Winkelspanne (θ₃) rotatorisch versetzt ist, enden. Die Winkelspanne (θ₃) zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt 105, 107 kann mindestens zehn Prozent der ersten Winkelausdehnung (θ₁) der Öffnungsflanke 94 entlang des Basiskreises 102 sein. Die Winkelspanne (θ₃) kann beispielsweise mindestens fünfundzwanzig Grad und insbesondere mindestens sechzig Grad sein. Im vorliegenden nicht begrenzenden Beispiel kann der erste Punkt 105 ungefähr zehn Grad vom Startpunkt 100 liegen und der zweite Punkt 107 kann ungefähr achtzig Grad vom Startpunkt 100 liegen, was eine Winkelspanne (θ₃) von ungefähr siebzig Grad erzeugt.
Daher stellt 7 eine konstante Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74 für ungefähr siebzig Grad der Drehung der Antriebswelle 76 von unge fähr zehn Grad bis ungefähr achtzig Grad dar. Der Abschnitt von 6 und 7 von einhundertfünf Grad bis einhundertachtzig Grad stellt im Allgemeinen einen Rückhub des Hubmechanismus 74 dar. Wie in 7 zu sehen ist, kann die Spitzengeschwindigkeit des Rückhubs größer als die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs und insbesondere mindestens fünfzig Prozent größer als die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs sein. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs im Allgemeinen dem Abschnitt des Kompressionshubs mit konstanter Geschwindigkeit.
Ein alternativer mit Nocken versehener Abschnitt 184, der in 5 zu sehen ist, kann anstelle des mit Nocken versehenen Abschnitts 84 verwendet werden. Der mit Nocken versehene Abschnitt 184 kann einen ersten, einen zweiten und einen dritten Nocken 190, 191, 192 umfassen. Der mit Nocken versehene Abschnitt 184 kann den Antriebsmechanismus 72 während des Motorbetriebs dreimal pro Umdrehung des mit Nocken versehenen Abschnitts 184 in der durch den Pfeil (R₂) angegebenen Richtung hin und her bewegen.
Der erste, der zweite und der dritte Nocken 190, 191, 192 können ungefähr einhundertzwanzig Grad voneinander beabstandet sein und können im Allgemeinen zueinander ähnlich sein. Daher wird der erste Nocken 190 unter der Voraussetzung beschrieben, dass die Beschreibung gleichermaßen für den zweiten und den dritten Nocken 191, 192 gilt. Der erste Nocken 190 kann eine Öffnungsflanke 194, eine Schließflanke 196 und einen Scheitelpunkt 198 umfassen. Das Nockenelement 184 kann einen Basiskreis 202 umfassen. Die Öffnungsflanke 194 kann sich von einem Startpunkt 200 auf dem Basiskreis 202 des mit Nocken versehenen Abschnitts 184 erstrecken und die Schließflanke 196 kann an einem Endpunkt 204 auf dem Basiskreis 202 enden. Der Scheitelpunkt 198 kann zwischen dem Startpunkt 200 und dem Endpunkt 204 angeordnet sein und kann ein Ende der Öffnungsflanke 194 und einen Beginn der Schließflanke 196 definieren. Die Öffnungsflanke 194 kann sich mehr als eine Hälfte des Winkelabstandes entlang des Basiskreises 202 vom Scheitelpunkt 198 des ersten Nockens 190 zum Scheitelpunkt 199 des zweiten Nockens 191 erstrecken. Außerdem kann ein Abschnitt 203 der Öffnungsflanke 194 eine konstant zunehmende Ausdehnung radial nach außen aufweisen.
Wie in 5 zu sehen ist, können die Öffnungs- und Schließflanken 194, 196 relativ zueinander nicht symmetrisch sein. Insbesondere kann die Öffnungsflanke 194 eine erste Winkelausdehnung (θ₁₁) entlang des Basiskreises 202 aufweisen und die Schließflanke 196 kann eine zweite Winkelausdehnung (θ₂₂) aufweisen. Die erste Winkelausdehnung (θ₁₀) kann größer sein als die zweite Winkelausdehnung (θ₂₂), was eine größere Dauer der Verlagerung des Hubmechanismus 74 durch die Öffnungsflanke 194 während eines Kompressionshubs der Kraftstoffpumpe 62 relativ zur Verlagerung des Hubmechanismus 74 während eines Rückhubs, der durch die Schließflanke 196 bereitgestellt wird, schafft. Insbesondere kann die erste Winkelausdehnung (θ₁₁) mindestens zehn Prozent größer sein als die zweite Winkelausdehnung (θ₂₂). Die erste Winkelausdehnung (θ₁₁) kann beispielsweise größer als sechzig Grad sein und die zweite Winkelausdehnung (θ₂₂) kann kleiner als sechzig Grad sein. Im vorliegenden Beispiel kann die erste Winkelausdehnung (θ₁₁) ungefähr fünfundsechzig Grad sein und die zweite Winkelausdehnung (θ₂₂) kann ungefähr fünfundfünfzig Grad sein. Daher kann ein Umfang der Öffnungsflanke 194 größer sein als ein Umfang der Schließflanke 196.
Zusätzlich sind in 8 und 9 die Verlagerung und die Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74, die durch den mit Nocken versehenen Abschnitt 184 bereitgestellt werden, dargestellt. 8 stellt im Allgemeinen die Verlagerung des Hubmechanismus 74 in Millimetern (mm) entlang der Y-Achse (Y3) und die rotatorische Verlagerung der Antriebswelle 76 in Grad entlang der X-Achse (X3) dar. 9 stellt im Allgemeinen die Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74 in mm/Grad entlang der Y-Achse (Y4) und die rotatorische Verlagerung der Antriebswelle 76 in Grad entlang der X-Achse (X4) dar. In 8 und 9 entspricht null Grad im Allgemeinen dem Startpunkt 200, fünfundsechzig Grad entsprechen im Allgemeinen dem Scheitelpunkt 198 und einhundertzwanzig Grad entsprechen im Allgemeinen dem Endpunkt 204.
Wie vorstehend erörtert, stellt das vorliegende nicht begrenzende Beispiel die erste Winkelausdehnung (θ₁₁) als fünfundsechzig Grad und die zweite Winkelausdehnung (θ₂₂) als fünfundfünfzig Grad dar. Daher stellen die in 8 und 9 gezeigten Diagramme im Allgemeinen den Eingriff zwischen der Öffnungsflanke 194 und dem Hubmechanismus 74 von null bis fünfundsechzig Grad entlang der X-Achsen (X3, X4) und den Eingriff zwischen der Schließflanke 196 und dem Hubmechanismus 74 von fünfundsechzig Grad bis einhundertzwanzig Grad entlang der X-Achsen (X3, X4) dar.
Das Profil der Öffnungsflanke 194 kann eine konstante Geschwindigkeit für die Verlagerung des Hubmechanismus 74 während eines Kompressionshubs des Hubmechanismus 74 schaffen. Das Profil der Öffnungsflanke 194 kann eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubmechanismus 74 für mindestens zehn Prozent des Kompressionshubs des Hubmechanismus 74 schaffen. Die Öffnungsflanke 194 kann beispielsweise eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verla gerung des Hubmechanismus 74 für mindestens fünfundzwanzig Grad der Drehung der Antriebswelle 76 schaffen.
Wie vorstehend erörtert, kann ein Abschnitt 203 der Öffnungsflanke 194 eine mit einer linearen Rate konstant zunehmende Ausdehnung radial nach außen entlang einer Winkelspanne (θ₃₃) der Öffnungsflanke 194 aufweisen. Der Abschnitt 203 kann an einem ersten Punkt 205 an der Öffnungsflanke 194 beginnen und an einem zweiten Punkt 207 an der Öffnungsflanke 194, der vom ersten Punkt 205 um die Winkelspanne (θ₃₃) rotatorisch versetzt ist, enden. Die Winkelspanne (θ₃₃) zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt 205, 207 kann mindestens zehn Prozent der ersten Winkelausdehnung (θ₁₁) der Öffnungsflanke 194 entlang des Basiskreises 202 sein. Die Winkelspanne (θ₃₃) kann beispielsweise mindestens fünfundzwanzig Grad und insbesondere mindestens sechzig Grad sein. Im vorliegenden nicht begrenzenden Beispiel kann der erste Punkt 205 ungefähr fünfzehn Grad vom Startpunkt 200 liegen und der zweite Punkt 207 kann ungefähr fünfzig Grad vom Startpunkt 200 liegen, was eine Winkelspanne (θ₃₃) von ungefähr fünfunddreißig Grad erzeugt.
Im vorliegenden Beispiel stellt 9 eine konstante Geschwindigkeit des Hubmechanismus 74 für ungefähr fünfunddreißig Grad der Drehung der Antriebswelle 76 von ungefähr fünfzehn Grad bis ungefähr fünfzig Grad dar. Der Abschnitt von 8 und 9 von fünfundsechzig Grad bis einhundertzwanzig Grad stellt im Allgemeinen einen Rückhub des Hubmechanismus 74 dar. Wie in 9 zu sehen ist, kann die Spitzengeschwindigkeit des Rückhubs größer als die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs und insbesondere mindestens fünfzig Prozent größer als die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs sein. Im vorliegenden Beispiel entspricht die Spitzengeschwindigkeit des Kompressionshubs im All gemeinen dem Abschnitt des Kompressionshubs mit konstanter Geschwindigkeit.
Obwohl der mit Nocken versehene Abschnitt 84 als zwei Nocken 90, 92 umfassend beschrieben ist und der mit Nocken versehene Abschnitt 184 als drei Nocken 190, 191, 192 umfassend beschrieben ist, kann selbstverständlich eine Vielfalt von alternativen Konfigurationen für mit Nocken versehene Abschnitte ebenso verwendet werden. Konfigurationen mit einzelnem Nocken und Konfigurationen mit vier Nocken können beispielsweise verwendet werden und können Profile mit den vorstehend erörterten Merkmalen mit konstanter Geschwindigkeit umfassen. Daher sind die vorliegenden Lehren nicht auf Konstruktionen mit zwei und drei Nocken begrenzt. Obwohl die Kraftstoffpumpe 62 als im Motorblock 12 angebracht beschrieben wurde und die verschiedenen Nockenprofile als in eine Kraftstoffpumpen-Antriebswelle integriert erörtert wurden, die nur zum Antreiben der Kraftstoffpumpe 62 verwendet wird, können außerdem verschiedene alternative Konfigurationen verwendet werden, um die vorliegenden Lehren zu integrieren. Eine Kraftstoffpumpe kann beispielsweise in einem Zylinderkopf angebracht sein und durch einen mit Nocken versehenen Abschnitt an einer Nockenwelle mit einem oder mehreren der vorstehend erörterten Profile angetrieben werden. Daher sind die vorliegenden Lehren gleichermaßen auf durch Nockenwellen angetriebene Kraftstoffpumpen anwendbar. In alternativen Anordnungen, in denen der mit Nocken versehene Abschnitt beispielsweise an einer Nockenwelle enthalten ist, kann die Nockenwelle die vorstehend erörterte Antriebswelle bilden.

Claims

Kraftstoffsystem, das umfasst: eine Kraftstoffpumpe mit einem Hubkolbenelement; und eine Antriebswelle mit einem Nockenelement, das mit dem Hubkolbenelement der Kraftstoffpumpe in Eingriff steht, um das Hubkolbenelement linear zu verlagern und um die Kraftstoffpumpe anzutreiben, wobei das Nockenelement einen ersten Nocken mit einer ersten Öffnungsflanke, die einen ersten Kompressionshub der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement antreibt, und mit einem Profil, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für einen Abschnitt des ersten Kompressionshubs schafft, umfasst.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das Nockenelement einen Basiskreis umfasst, wobei ein Abschnitt der Öffnungsflanke eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 10 Prozent des ersten Kompressionshubs schafft, wobei der Abschnitt der Öffnungsflanke an einem ersten Punkt am Profil beginnt und an einem zweiten Punkt am Profil, der relativ zum ersten Punkt rotatorisch versetzt ist, endet, wobei eine radiale Auswärtsausdehnung des Abschnitts der Öffnungsflanke mit einer konstanten linearen Rate vom ersten Punkt zum zweiten Punkt zunimmt.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das Nockenelement einen Basiskreis mit dem ersten Nocken, der sich von diesem radial nach außen erstreckt, umfasst, wobei der erste Nocken eine Schließflanke zum Führen eines Rückhubs der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement umfasst, wobei die erste Öffnungsflanke einen Startpunkt an einem ersten Ort auf dem Basiskreis aufweist und die Schließflanke einen Endpunkt an einem zweiten Ort, der vom ersten Ort rotatorisch verlagert ist, aufweist, wobei sich die erste Öffnungsflanke entlang einer größeren Winkelausdehnung des Basiskreises erstreckt als die Schließflanke.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 3, wobei die Winkelausdehnung der ersten Öffnungsflanke mindestens 10 Prozent größer ist als die Winkelausdehnung der Schließflanke.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Nocken eine Schließflanke zum Führen eines Rückhubs der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement umfasst, wobei die Schließflanke in Bezug auf die erste Öffnungsflanke nicht symmetrisch ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Nocken eine Schließflanke zum Führen eines Rückhubs der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement umfasst, wobei die erste Öffnungsflanke einen Umfang aufweist, der größer ist als ein Umfang der Schließflanke.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei der erste Nocken eine Schließflanke zum Führen eines Rückhubs der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement umfasst, wobei die Schließflanke eine Spitzengeschwindigkeit für die Verlagerung des Hubkolbenelements schafft, die mindestens 50 Prozent größer ist als eine durch die erste Öffnungsflanke geschaffene Spitzengeschwindigkeit.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das Nockenelement einen Basiskreis umfasst, der einen Radius definiert und den ersten Nocken, der sich von diesem radial nach außen erstreckt, aufweist, wobei der erste Nocken eine Schließflanke zum Führen eines Rückhubs der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement und einen Scheitelpunkt, der sich zwischen der Öffnungs- und der Schließflanke befindet, umfasst, wobei der Scheitelpunkt eine maximale Höhe des ersten Nockens relativ zu einem Zentrum des Basiskreises definiert, wobei eine maximale Breite der ersten Öffnungsflanke des ersten Nockens relativ zum Zentrum des Basiskreises, die sich im Allgemeinen senkrecht zu einer Langsachse der Antriebswelle erstreckt, größer ist als der Radius des Basiskreises.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, wobei eine maximale Breite der Schließflanke des ersten Nockens relativ zum Zentrum des Basiskreises, die sich im Allgemeinen senkrecht zur Langsachse der Antriebswelle erstreckt, geringer als der oder gleich dem Radius des Basiskreises ist.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das Nockenelement einen zweiten Nocken umfasst, wobei der erste Nocken einen ersten Scheitelpunkt umfasst und der zweite Nocken einen zweiten Scheitelpunkt, der um einen ersten Abstand vom ersten Scheitelpunkt rotatorisch beabstandet ist, umfasst, wobei die erste Öffnungsflanke des ersten Nockens sich auf einem zweiten Abstand erstreckt, der größer ist als eine Hälfte des ersten Abstandes.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei das Nockenelement einen zweiten Nocken umfasst, der vom ersten Nocken rotatorisch beabstandet ist und eine zweite Öffnungsflanke aufweist, die einen zweiten Kompressionshub im Anschluss an den ersten Kompressionshub der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement antreibt, wobei der zweite Nocken ein Profil aufweist, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 25 Grad der Antriebswellendrehung während des zweiten Kompressionshubs schafft, wobei die erste Öffnungsflanke eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 25 Grad der Antriebswellendrehung während des ersten Kompressionshubs schafft.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 11, wobei das Nockenelement einen dritten Nocken umfasst, der vom ersten und vom zweiten Nocken rotatorisch beabstandet ist und eine dritte Öffnungsflanke aufweist, die einen dritten Kompressionshub im Anschluss an den ersten und den zweiten Kompressionshub der Kraftstoffpumpe durch Eingriff mit dem Hubkolbenelement antreibt und ein Profil aufweist, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 25 Grad der Antriebswellendrehung während des dritten Kompressionshubs schafft.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 11, wobei die erste Öffnungsflanke eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 60 Grad der Antriebswellendrehung schafft und die zweite Öffnungsflanke eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 60 Grad der Antriebswellendrehung schafft.
Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffpumpe eine Kraftstoffpumpe für Direkteinspritzung ist.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle, die umfasst: ein Nockenelement mit einem ersten Nocken, der sich von einem Basiskreis des Nockenelements erstreckt, wobei der erste Nocken eine Öffnungsflanke, die dazu ausgelegt ist, ein Hubkolbenelement einer Kraftstoffpumpe während eines Kompressionshubs der Kraftstoffpumpe linear zu verlagern, eine Schließflanke, die dazu ausgelegt ist, das Hubkolbenelement während eines Rückhubs des Hubkolbenelements zu führen, und einen Scheitelpunkt, der sich zwischen der Öffnungs- und der Schließflanke befindet und ein Ende der Öffnungsflanke und einen Beginn der Schließflanke definiert, umfasst, wobei die Öffnungsflanke ein Profil aufweist, das eine konstante Geschwindigkeit für einen Abschnitt des Kompressionshubs des Hubkolbenelements schafft.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle nach Anspruch 15, wobei das Nockenelement einen Basiskreis umfasst, wobei ein Abschnitt der Öffnungsflanke eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 10 Prozent des Kompressionshubs schafft, wobei der Abschnitt der Öffnungsflanke an einem ersten Punkt am Profil beginnt und an einem zweiten Punkt am Profil, der relativ zum ersten Punkt rotatorisch versetzt ist, endet, wobei eine radiale Auswärtsausdehnung des Abschnitts der Öffnungsflanke mit einer konstanten linearen Rate vom ersten Punkt zum zweiten Punkt zunimmt.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle nach Anspruch 15, wobei das Nockenelement einen Basiskreis mit dem ersten Nocken, der sich davon erstreckt, umfasst, wobei die Öffnungsflanke eine größere Winkelausdehnung entlang des Basiskreises aufweist als die Schließflanke.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle nach Anspruch 15, wobei die Schließflanke in Bezug auf die Öffnungsflanke nicht symmetrisch ist.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle nach Anspruch 15, wobei das Nockenelement einen Basiskreis umfasst, der einen Radius definiert und den ersten Nocken aufweist, der sich davon erstreckt, wobei der Scheitelpunkt eine maximale Höhe des ersten Nockens relativ zu einem Zentrum des Basiskreises definiert, wobei eine maximale Breite der Öffnungsflanke des ersten Nockens relativ zum Zentrum des Basiskreises, die sich im Allgemeinen senkrecht zu einer Längsachse der Antriebswelle erstreckt, größer ist als der Radius des Basiskreises.
Kraftstoffpumpen-Antriebswelle nach Anspruch 15, wobei die Öffnungsflanke ein Profil aufweist, das eine konstante Geschwindigkeit für die lineare Verlagerung des Hubkolbenelements für mindestens 25 Grad der Antriebswellendrehung während des Kompressionshubs schafft.