DE102009054880A1

DE102009054880A1 - Kraftstoffpumpe für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009054880A1
Application number: DE102009054880A
Authority: DE
Inventors: Darrell Charles Tecumseh Drouillard
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-01-06
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2010-07-08
Also published as: CN201679600U; US20100170479A1; US7823567B2

Abstract

Eine Kombination aus dynamischer Ausgleichsvorrichtung und Kraftstoffpumpe für einen Verbrennungsmotor enthält ein gemeinsames Gehäuse, das mindestens eine Ausgleichswelle und eine Kraftstoffpumpe aufweist, wobei die Kraftstoffpumpe das direkt in einer in dem Gehäuse für die Ausgleichswelle und die Kraftstoffpumpe ausgebildete Arbeitskammer angebrachte Pumpenelement aufweist. Ein Pumpenelement kann eine Kolbenpumpe oder eine Drehpumpe umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor.
Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen verwendeten einmal Vergaser zum Mischen von Luft und Kraftstoff. Da Vergaser Venturidüsen verwenden, um Kraftstoff in die Luft zu saugen, wurden sie in der Regel durch Niederdruckkraftstoffquellen, wie zum Beispiel mechanisch oder durch ein Vakuum angetriebene Membranpumpen, versorgt.
Mit dem Aufkommen elektronischer Kraftstoffeinspritzung wurde die im Tank eingebaute elektrische Pumpe die universelle Lösung für Kraftstoffpumpen. Solche Pumpen können in der Regel zuverlässig Kraftstoffdrücke in einem Bereich unter 100 psi erzeugen.
Aufgrund von immer strengeren Fahrzeugemissionsbegrenzungen haben sich Motorenentwickler der Direkteinspritzung von Benzin in die Brennkammern der neuesten Motoren zugewendet. Leider erfordert eine bessere Gemischherstellung, dass die gewünschten Einspritzdrücke viel höher sind, und bei diesen neuen Kraftstoffsystemen wird elektrischen Pumpen wahrscheinlich die Rolle einer Hubpumpe zugewiesen, die einer von dem Motor angetriebenen Pumpe mit höherem Druck Kraftstoff zuführt. Natürlich ist es wünschenswert, solch eine zusätzliche Pumpe ohne unnötige Ausgaben und mit einem minimalen Bedarf an zusätzlichem Platz bereitzustellen. Obgleich bekannt ist, Pumpen außen an einem Motor anzubringen, bieten sich die immer überfüllter werdenden Motorräume nicht bereitwillig für diese Lösung an.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine vom Motor angetriebene mechanische Kraftstoffpumpe bereitzustellen, die eine minimale Anzahl von zusätzlichen Teilen aufweist, mit einem Hochdruckvermögen gekoppelt ist und die zu keinem zusätzlichen Verbrauch von wertvollem Platz in der Motorraumumgebung des Fahrzeugs führt.
Eine Kraftstoffpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor enthält ein Gehäuse, das sowohl eine Ausgleichsvorrichtung als auch eine Kraftstoffpumpe enthält, wobei die Kraftstoffpumpe eine in dem Gehäuse enthaltene Arbeitskammer enthält. Damit kann der ohnehin vorhanden Bauraum für die Ausgleichsvorrichtung gleichzeitig auch für die Kraftstoffpumpe verwendet werden.
Vorteilhaft umfasst die dynamische Motorausgleichsvorrichtung mindestens eine Ausgleichswelle, die im Gehäuse angebracht ist und wobei die Ausgleichswelle zur Betätigung der Kraftstoffpumpe dient. Damit wird ein zusätzlicher Antrieb für die Kraftstoffpumpe eingespart, da die Ausgleichswelle ohnehin angetrieben ist.
Vorteilhaft treibt die Ausgleichswelle ein in der Arbeitskammer angebrachte Kolbenpumpe an. Eine Kolbenpumpe lässt sich recht einfach im Gehäuse integrieren. Dabei kann der Antrieb der Kolbenpumpe über einen Pleuel erfolgen
Die Ausgleichswelle kann eine exzentrische Erhebung, insbesondere einen Nocken, aufweisen, die die Kolbenpumpe antreibt.
Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn die exzentrische Erhebung ein Ausgleichsgewicht der Ausgleichswelle ist. Damit kann die ohnehin vorhandene Ungleichmäßigkeit der Ausgleichswelle zum Antrieb der Kraftstoffpumpe benutzt werden.
Des Weiteren enthält die Kraftstoffpumpe mindestens eine Ausgleichswelle, die in dem Gehäuse angebracht ist, wobei die Ausgleichswelle mindestens eine exzentrische Erhebung zur Betätigung eines Schwinghebels aufweist, der mit einem Pumpenstempel verbunden ist, welcher hin und her beweglich in der Arbeitskammer angebracht ist. Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Ausgleichswelle durch eine Kurbelwelle, vorzugsweise mit der doppelten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle, drehangetrieben.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält die Kraftstoffpumpe weiterhin mindestens ein Drucksteuerventil, das mit der Arbeitskammer wirkverbunden und in dem Gehäuse angebracht ist, und einen Druckstoßdämpfer, der in der Arbeitskammer wirkverbunden und auch im Gehäuse angebracht ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung können das Gehäuse der Kraftstoffpumpe und die Ausgleichsvorrichtung neben einer Kurbelwelle eines Motors angebracht sein.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann das durch die Ausgleichswelle angetriebene Pumpenelement bei der Alternative eine Hubkolbenpumpe oder ein Drehpumpenelement, wie zum Beispiel ein Gerotor-Pumpe oder eine Zahnradpumpe umfassen.
Ein Vorteil einer Kombination aus dynamischer Ausgleichsvorrichtung und Kraftstoffpumpe besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin, dass die Anzahl zusätzlicher Teile, die zur Bereitstellung eines Hochdruckkraftstoffpumpvermögens in einem Motor erforderlich sind, im Vergleich zu Pumpen, von denen viele auf die eine oder andere Weise lediglich mit der Außenseite des Motors verschraubt sind, nach dem Stand der Technik reduziert ist.
Ein anderer Vorteil gemäß der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die vorliegende Kraftstoffpumpen- und Ausgleichsvorrichtungskombination, wenn überhaupt, wenig zusätzlichen Raum in dem Motorraum des Fahrzeugs erfordert.
Ein anderer Vorteil der Kombination aus Ausgleichsvorrichtung und Hochdruckkraftstoffpumpe besteht gemäß der vorliegenden Erfindung darin, dass aufgrund der innewohnenden Festigkeit der (des) integralen Arbeitskammer und Ausgleichsvorrichtungsgehäuses sehr hohe Kraftstoffaustrittsdrücke zuverlässig erzeugt werden können.
Andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus dieser Beschreibung offensichtlich. Es zeigen:
1 eine auseinander gezogene Ansicht eines Teils eines Motors, der eine Kombination aus dynamischer Ausgleichsvorrichtung und Kraftstoffpumpe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält;
2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Pumpenteils gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung entlang der Linie 2-2 von 1;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Teils der in 1 gezeigten Ausgleichsvorrichtung, die aber einen Drehpumpengehäuseabschnitt 76 zeigt, der in dem Ausgleichsvorrichtungsgehäuse 12 eingebaut ist;
4 ein Gerotor-Drehpumpenelement gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, und
5 eine Zahnradpumpe gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist der Motor 10 einen Zylinderblock 14 und mehrere Hauptlagerdeckel 22 auf, mittels der die Kurbelwelle 18 im Zylinderblock 14 drehbar befestigt ist. Eine Ausgleichsanordnung enthält ein Gehäuse 12 und zwei Ausgleichswellen 30 und 34. Die Ausgleichsvorrichtung gilt als ”dynamisch”, weil sie exzentrisch beschwerte, gegenläufige Wellen verwendet, um den gewünschten Ausgleich zu erzielen. Das Gehäuse 12 ist mittels Montagehalterungen 26 und mehrerer Befestigungselemente 28 am Zylinderblock 14 angebracht. Die Ausgleichswellen 30 und 34 sind durch eine (nicht gezeigte) getriebliche Verbindung mit der Kurbelwelle 18 verbunden. Wenn der Motor 10 in Betrieb ist, dreht die Kurbelwelle 18 die Ausgleichswellen 30 und 34 mit einer hohen Geschwindigkeit, vorzugsweise mit der doppelten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle 18. Auf diese Weise beseitigen die Ausgleichswellen 30 und 34 verschiedene vom Motor 10 erzeugte Vibrationen, wie zum Beispiel Drehschwingmomente und/oder Unwuchten zweiter Ordnung.
Des Weiteren zeigt 1 einen Pumpenbereich 39, der im Gehäuse 12 untergebracht ist. Der Pumpenbereich 39 wird in 2 ausführlich gezeigt und enthält einen Schwinghebel 42, der durch eine an der Ausgleichswelle 30 ausgebildeten Nocken 32 angetrieben wird. Der Schwinghebel 42 ist durch eine Rückstellfeder 46 vorbelastet. Ein Kolben 44 bewegt sich in der Bohrung 45 auf und ab, um Kraftstoff durch den Pumpenbereich 39 zu bewegen. Das Pumpengehäuse 38 für den Pumpenbereich 39 ist einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet. Des Weiteren enthält der Pumpenbereich 39 eine Hauptbohrung 50, die gestattet, dass verschiedene Pumpenteile, wie zum Beispiel der Schwinghebel 42 mit dem Kolben 44 und einer Hülse 54, der eine darin ausgebildete Arbeitskammer 58 aufweist, vom obersten Teil des Pumpenbereichs 39 im Pumpenbereich 39 montiert werden. Da die die Pumpenbohrung 45 enthaltende Arbeitskammer 58 als eine Innenbohrung in der Hülse 54 ausgebildet ist, kann der Durchmesser der Kammer 58 so gewählt werden, dass die Kraftstoffpumpe die gewünschte Kapazität aufweist. Dabei ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die Anzahl der Nocken 32 und die Höhe eines Nockens auch dazu ausgewählt werden können, die gewünschte Pumpenkapazität einzustellen.
Die Kraftstoffpumpe von 2 enthält des Weiteren ein Rückschlagventil 62 zur Aufrechterhaltung des Leitungsdrucks am Auslass 60, wenn der Motor 10 abgeschaltet ist, sowie ein Drucksteuerventil 66 und einen Druckstoßdämpfer 70. Da der Pumpenbereich 39 ein Pumpengehäuse 38 aufweist, das einstückig mit dem Gehäuse 12 ausgebildet ist, ist der Pumpenbereich 39 sehr kompakt und struktursteif. Strukturintegrität ist wichtig, da sie die Fähigkeit zu sehr hohen Ausgangsdrücken ermöglicht, die bei Direkteinspritzmotoren, wie zum Beispiel Benzin- und Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, erforderlich sind.
3 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Drehpumpengehäuseabschnitt 76 in einem Endteil des Gehäuses 12 eingebaut ist.
4 zeigt eine erste Art von Drehpumpenelement, das sich in der Arbeitskammer 80 des Drehpumpengehäuseabschnitts 76 befindet. Bei der Anordnung von 4 stehen der äußere Gerotor 78 und der innere Gerotor 82 in Eingriff, um gepumpten Hochdruckkraftstoff bereitzustellen, wenn sie durch die Ausgleichswelle 30 gedreht werden. Die Kupplung zwischen den Rotoren und der Ausgleichswelle 30 wird nicht gezeigt; für den Fachmann liegt angesichts dieser Offenbarung jedoch auf der Hand, dass die verschiedensten bekannten Kopplungsvorrichtungen eingesetzt werden könnten, wie zum Beispiel eine Keilverzahnung oder andere dem Fachmann bekannte und durch diese Offenbarung nahegelegte Vorrichtungen.
5 zeigt eine zweite Art von Drehpumpenelement, in diesem Fall eine Zahnradpumpe, bei der das Zahnradgehäuse 86 in der Arbeitskammer 80 des Drehpumpengehäuseabschnitts 76 angebracht ist. Zwei kämmende Zahnräder 90 gewährleisten die Pumpwirkung auf dem Fachmann bekannte und durch diese Offenbarung nahegelegte Weise.
Aus der vorliegenden Beschreibung ergeben sich Varianten und Modifizierungen der offenbarten Ausführungsform, die für den Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich und ebenfalls in den Schutzumfang der Erfindung fallen sollen.

Claims

Kraftstoffpumpenanordnung für einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Gehäuse, das sowohl eine dynamische Motorausgleichsvorrichtung als auch eine Kraftstoffpumpe enthält, wobei die Kraftstoffpumpe eine im Gehäuse enthaltene Arbeitskammer enthält.
Kraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 1, wobei die dynamische Motorausgleichsvorrichtung mindestens eine Ausgleichswelle umfasst, die im Gehäuse angebracht ist und wobei die Ausgleichswelle zur Betätigung der Kraftstoffpumpe dient.
Kraftstoffpumpenanordnung Anspruch 2, wobei die Ausgleichswelle ein in der Arbeitskammer angebrachte Kolbenpumpe antreibt.
Kraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 3, wobei die Ausgleichswelle eine exzentrische Erhebung, insbesondere einen Nocken, aufweist, die die Kolbenpumpe antreibt.
Kraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 4, wobei die exzentrische Erhebung ein Ausgleichsgewicht der Ausgleichswelle ist.
Kraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die exzentrische Erhebung mit einem Schwinghebel zusammenwirkt und der Schwinghebel mit einem Pumpenstempel verbunden ist, welcher hin und her beweglich in der Arbeitskammer angebracht ist.
Kraftstoffpumpenanordnung Anspruch 2, wobei die Ausgleichswelle ein in der Arbeitskammer angebrachtes Drehpumpenelement antreibt, insbesondere eine Gerotor-Drehpumpe oder eine Zahnradpumpe.
Kraftstoffpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei die Ausgleichswelle durch eine Kurbelwelle drehangetrieben wird.
Kraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin mindestens ein Drucksteuerventil umfasst, das mit der Arbeitskammer wirkverbunden und im Gehäuse angebracht ist.
Kraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die weiterhin einen Druckstoßdämpfer umfasst, der mit der Arbeitskammer wirkverbunden und im Gehäuse angebracht ist.
Kraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse neben einer Kurbelwelle eines Motors angebracht ist.
Kraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse einstückig ist.