DE102010016356A1 - Internal combustion engine with fuel pump - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, der eine Kraftstoffpumpe zugeordnet ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Betriebsverfahren einer entsprechenden Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoffpumpe. Die Kurbelwelle einer solchen Verbrennungskraftmaschine, genauer die Kurbelwellenwange, treibt unmittelbar – ohne Zwischenelement – ein Antriebsglied der Kraftstoffpumpe an. Die in der Rotation der Kurbelwellenwange vorhandene Antriebsenergie wird direkt auf die Kraftstoffpumpe weitergegeben. Es gibt eine Berührungslinie zwischen Kurbelwelle und Antriebsglied der Kraftstoffpumpe.The present invention relates to an internal combustion engine to which a fuel pump is assigned. The present invention also relates to an operating method of a corresponding internal combustion engine with a fuel pump. The crankshaft of such an internal combustion engine, more precisely the crankshaft web, drives a drive element of the fuel pump directly - without an intermediate element. The drive energy present in the rotation of the crankshaft web is passed on directly to the fuel pump. There is a line of contact between the crankshaft and the drive element of the fuel pump.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, der eine Kraftstoffpumpe zugeordnet ist. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Betriebsverfahren einer entsprechenden Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoffpumpe.The present invention relates to an internal combustion engine associated with a fuel pump. Furthermore, the present invention relates to an operating method of a corresponding internal combustion engine with a fuel pump.
Verbrennungskraftmaschinen gibt es in zahlreichen Ausgestaltungen, so zum Beispiel als Hubkolbenmotoren. Bei den Hubkolbenmotoren wird ein in seinem Volumen anpassbarer Brennraum durch eine Hubbewegung wenigstens eines Kolbens während des Arbeits- und Verbrennungsvorgangs in Abhängigkeit der Betriebsphase zur Energieumwandlung verwendet. Die Hubbewegung des Kolbens in seinem Zylinder, in der Regel sind mehrere Zylinder mit mehreren Kolben vorhanden, wird auf eine Kurbelwelle, insbesondere mittels Pleuel, übertragen. Der Hubkolbenmotor ist in der Regel blockartig gestaltet. Der Motorblock setzt sich aus einem Kurbelwellengehäuse und weiteren Blöcken oder Deckeln wie einem Zylinderkopf zusammen. In dem Kurbelwellengehäuse lagert die Kurbelwelle, sofern der Hubkolbenmotor mit einer innenliegenden Kurbelwelle aufgebaut ist. Das Kurbelwellengehäuse bietet zur Lagerung der Kurbelwelle ein Kurbelwellengestühl. Die Kurbelwelle selber ist normalerweise gekröpft ausgeführt, das bedeutet, dass die Kurbelwelle sich segmentartig aus einzelnen Kurbelwellenwangen, Kurbelwellenschäften und Hubzapfen zusammensetzt. Solche Kurbelwellen sind in vielen Fällen entweder geschmiedet, gebaut oder gegossen. Der Kurbelwellenschaft ist ein Stück Kurbelwelle, das von Kurbelwellenwangen begrenzt die eine Kurbelwellenwange mit der nächsten Kurbelwellenwange verbindet. Durch den Kurbelwellenschaft, der auch gelegentlich als Kurbelwellenzapfen bezeichnet wird, verläuft die Drehachse der Kurbelwelle. Seitlich hiervon versetzt wird als Verbindungsstück zwischen weiteren Kurbelwellenwangen ein Hubzapfen angeordnet, an dem die Pleuel für die einzelnen Hubkolben angebunden sein können. Im seitlichen Profil sieht eine Kurbelwelle häufig wie eine gestufte Plattenanordnung aus. Die plattenartigen, häufig seitlich ausladenden Teile der Kurbelwelle werden als Kurbelwellenwangen bezeichnet. Dazwischen sind einzelne Kurbelwellenschäfte und Kurbelwellenzapfen angeordnet, die einen geringeren Durchmesser haben als die Kurbelwellenwangen. Die Kurbelwellenwangen werden ungleichförmig in Form von Kreissegmenten gebildet, so dass die Kurbelwellenwangen gleichzeitig als Ausgleichsgewichte zur Verfügung stehen können.Internal combustion engines are available in numerous designs, such as reciprocating engines. In the reciprocating engines, a variable in its volume combustion chamber is used by a lifting movement of at least one piston during the working and combustion process as a function of the operating phase for energy conversion. The lifting movement of the piston in its cylinder, as a rule there are several cylinders with several pistons, is transmitted to a crankshaft, in particular by means of connecting rods. The reciprocating engine is designed block-like in the rule. The engine block is composed of a crankcase and other blocks or covers such as a cylinder head. The crankshaft is supported in the crankshaft housing if the reciprocating engine is built with an internal crankshaft. The crankshaft housing provides a Kurbelwellengestühl for storage of the crankshaft. The crankshaft itself is normally cranked, which means that the crankshaft is segmentally composed of individual crankshaft cheeks, crankshaft shafts and crank pins. Such crankshafts are either forged, built or cast in many cases. The crankshaft shaft is a piece of crankshaft, bounded by crankshaft cheeks connecting a crankshaft cheek with the next crankshaft cheek. Due to the crankshaft shaft, which is also sometimes referred to as crankshaft journal, the axis of rotation of the crankshaft runs. Laterally offset from this, a crank pin is arranged as a connecting piece between other crankshaft cheeks, to which the connecting rods for the individual reciprocating pistons can be connected. In the lateral profile, a crankshaft often looks like a stepped plate assembly. The plate-like, often laterally projecting parts of the crankshaft are referred to as crankshaft cheeks. In between individual crankshaft shafts and crankshaft journals are arranged, which have a smaller diameter than the crankshaft cheeks. The crankshaft cheeks are formed nonuniformly in the form of circle segments, so that the crankshaft cheeks can be available as balancing weights at the same time.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Hubkolbens in seinem Zylinder muss ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum einbringbar sein. Somit erfolgt bei den meisten Hubkolbenmotoren eine gepulste Kraftstoffeinleitung in den Brennraum, die nur zu ausgewählten Zeitpunkten zu erfolgen hat. Das bedeutet, dass eine Synchronisierung zwischen der relativen Lage der Kurbelwelle, also einem gewissen Drehwinkel der Kurbelwelle, und einer Kraftstoffförderung sichergestellt sein sollte. Die Kraftstoffförderung ist Teil einer Kraftstoffaufbereitungsanlage, die als Einspritzanlage ausgestaltet sein kann. Teile der Einspritzanlage sind eine Druckerzeugung wie eine Kraftstoffpumpe, ein entsprechendes Leitungssystem, häufig wenigstens eine Rücklaufleitung, in der Regel wenigstens ein Kraftstofffilter, wenigstens ein Einspritzventil und entsprechende Regelungen. Die Antriebsleistung der Kraftstoffpumpe kann aus vielen verschiedenen Quellen bezogen werden, z. B. kann eine elektrisch angetriebene Kraftstoffpumpe verwendet werden, die über ein Steuergerät angesteuert phasenweise, z. B. wenn das Kraftstoffdruckniveau in den Zuleitungen unter einen Mindestdruck absinkt, betrieben wird. Mechanisch betriebenen Kraftstoffpumpen wird jedoch im Kraftfahrzeugbau, sofern Verbrennungskraftmaschinen die Antriebsaggregate sind, der Vorzug gegeben.Depending on the respective position of the reciprocating piston in its cylinder, a fuel-air mixture must be introduced into the combustion chamber. Thus, in most reciprocating engines pulsed fuel introduction into the combustion chamber, which has to be done only at selected times. This means that a synchronization between the relative position of the crankshaft, ie a certain angle of rotation of the crankshaft, and a fuel delivery should be ensured. The fuel delivery is part of a fuel treatment plant that can be configured as an injection system. Parts of the injection system are a pressure generation such as a fuel pump, a corresponding line system, often at least one return line, usually at least one fuel filter, at least one injection valve and appropriate controls. The drive power of the fuel pump can be obtained from many different sources, eg. B., an electrically driven fuel pump can be used, which is controlled by a control unit phased, z. B. when the fuel pressure level in the supply lines drops below a minimum pressure, is operated. However, mechanically operated fuel pumps are given preference in motor vehicle construction, provided internal combustion engines are the drive units.
Stand der TechnikState of the art
Andere Konzepte, wie eine Kraftstoffpumpe einer Einspritzanlage angetrieben und synchronisiert werden kann, basieren darauf, dass die Kraftstoffpumpe mechanisch angetrieben durch ihren mechanischen Antrieb synchronisiert wird. So schlägt die
Es ist weithin verbreitet, die Steuerung der Kraftstoffpumpe, insbesondere einer Hochdruckpumpe, auf eine spezielle Welle, wie z. B. oben diskutiert eine Ausgleichswelle, zu beziehen. Hiervon abweichend schlägt die
Konstruktive Vorschläge lassen sich der
Eine unmittelbare stirnseitige Anbindung der Kraftstoffpumpe an die Kurbelwelle lässt sich den Figuren der drei japanischen Patentanmeldungen
Aufgabenstellungtask
Motorenentwickler von Kraftfahrzeugmotoren und Komponentenentwickler einzelner Komponenten für Kraftfahrzeugmotoren dürfen eine Tendenz bei den europäischen Automobilherstellern beobachten, dass diese gerne auf einen und den gleichen Motor einer bestimmten Zylinderanzahl als Ausgangsmotor zurückgreifen wollen und dann dieser Motor anschließend in den zur Verfügung stehenden Motorraum des ausgewählten Kraftfahrzeuges einzupassen ist. Hierbei wird häufig die Orientierung des Motors je nach Bedarf gedreht und somit auch die Aufhängungspunkte des Motors angepasst. Zwar darf der eigentliche Motorblock gleich bleiben, jedoch sind aufgrund des veränderten Motorraums sämtliche, außen liegende Aggregate, wie z. B. der Generator, anzupassen. Das Crashverhalten des Kraftfahrzeuges verändert sich, wenn die Aggregate neu arrangiert werden. Erst nach entsprechenden Versuchen wird festgestellt, dass mit dem Drehen des Motors und einer veränderten Aufhängung zahlreiche weitere Probleme in Kauf genommen worden sind. Obwohl dem Grunde nach alle Komponenten bekannt sind, verlängert sich die Entwicklungszeit. Es tauchen ungeahnte Probleme für die Entwicklungsingenieure während der Erprobungsphase auf.Engine developers of automotive engines and component developers of individual components for automotive engines may observe a tendency among European car manufacturers that they would like to resort to one and the same engine of a certain number of cylinders as the output engine and then this engine is then fit into the available engine compartment of the selected motor vehicle , Here, the orientation of the motor is often rotated as needed and thus also adapted to the suspension points of the engine. Although the actual engine block may remain the same, but due to the changed engine compartment all, external units, such. B. the generator to adapt. The crash behavior of the motor vehicle changes when the units are rearranged. Only after appropriate attempts it is determined that with the turning of the engine and a changed suspension numerous further problems were accepted. Although all components are basically known, development time is increased. Undreamt of problems for the development engineers during the trial phase emerge.
Erfindungsbeschreibunginvention description
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch einen Hubkolbenmotor nach Anspruch 1 gelöst. Wie ein solcher Hubkolbenmotor betrieben werden kann, lässt sich Anspruch 11 entnehmen. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.The object of the invention is achieved by a reciprocating engine according to
Der Hubkolbenmotor ist ein blockartiger Motor, der vorzugsweise mit mehreren Kolben in verschiedenen Zylindern ausgestattet ist. Im Inneren des Hubkolbenmotors ist eine Kurbelwelle angeordnet. Es handelt sich somit um einen Hubkolbenmotor mit innenliegender Kurbelwelle. Damit die Kurbelwelle innenliegend angeordnet sein kann, bietet der Hubkolbenmotor ein Kurbelwellengehäuse. Das Kurbelwellengehäuse befindet sich in der Regel in dem, dem Boden zugewandten Bereich des Hubkolbenmotors, also unten. Mit anderen Worten, die Kurbelwelle befindet sich im Nahbereich des Motorsumpfes. Oberhalb einer solchen Kurbelwelle befinden sich die Zylinder mit ihren durch die einzelnen Hubkolben – zumindest zu einer Seite – begrenzten Brennräumen. In Abhängigkeit des Brennvorgangs im Brennraum verändert der Hubkolben seine relative Lage im Zylinder. Der Hubkolben führt eine Abwärts- oder Aufwärtsbewegung durch. Der Hubkolben folgt somit einer Hubbewegung.The reciprocating engine is a block-type engine, which is preferably equipped with several pistons in different cylinders. Inside the Hubkolbenmotors a crankshaft is arranged. It is thus a reciprocating engine with internal crankshaft. So that the crankshaft can be arranged on the inside, the reciprocating engine offers a crankshaft housing. The crankshaft housing is usually located in the area of the reciprocating engine facing the floor, ie below. In other words, the crankshaft is in the vicinity of the engine sump. Above such a crankshaft are the cylinders with their through the individual reciprocating - at least to one side - limited combustion chambers. Depending on the burning process in the combustion chamber, the reciprocating piston changes its relative position in the cylinder. The reciprocating piston performs a downward or upward movement. The reciprocating piston thus follows a lifting movement.
Die Kurbelwelle setzt sich aus einzelnen Segmenten oder Abschnitten zusammen. Ein Teil der Kurbelwelle ist die Kurbelwellenwange. Zwischen zwei Kurbelwellenwangen existieren Verbindungsstücke, zum Beispiel ein Kurbelwellenschaft. Bei Hubkolbenmotoren mit mehreren Zylindern hat die Kurbelwelle vorteilhafterweise ebenfalls mehrere Kurbelwellenwangen. Durch die Gewichtsverlagerungen innerhalb der Kurbelwellenwange können die Kurbelwellenwangen gleichzeitig Ausgleichsgewichte für den Hubkolbenmotor bieten.The crankshaft is composed of individual segments or sections. Part of the crankshaft is the crankshaft cheek. There are connecting pieces between two crankshaft cheeks, for example a crankshaft shaft. In reciprocating engines with multiple cylinders, the crankshaft advantageously also has a plurality of crankshaft cheeks. By the Weight displacements within the crankshaft cheek, the crankshaft cheeks can simultaneously provide balance weights for the reciprocating engine.
Abgewandt von den Hubkolben, es kann auch gesagt werden, auf der gegenüberliegenden Seite des Brennraums, haben Verbrennungskraftmaschinen pro Zylinder in der Regel mehrere Gaswechselventile, die zur Kraftstoff-Luft-Gemisch-Aufbereitung in dem Brennraum oder in den Brennräumen des Hubkolbenmotors beitragen sollen. Ein oder mehrere Einspritzventile münden vor oder in dem Brennraum. Je nach verwendetem Kraftstoff, ob Dieselkraftstoff oder Benzinkraftstoff verwendet wird, wird auch von einem Dieselmotor oder von einem Otto-Motor gesprochen. Damit der Kraftstoff in dem richtigen Mischungsverhältnis in ausreichender Menge, jedoch nicht zu fett, zur Verfügung steht, ist dem Hubkolbenmotor eine Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung zugeordnet. Ein Teil der Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung ist eine Kraftstoffpumpe, die in der Regel aufgrund des herzustellenden Drucks auch als Hochdruckpumpe bezeichnet werden kann. Eine solche Kraftstoffpumpe sorgt dafür, dass der Kraftstoff unter Druck gesetzt werden kann. Es sind Drücke in einem Druckbereich von mehr als 1800 bar, z. B. im Bereich von 2200 bar durchaus üblich. Zur Regelung des Kraftstoffaufbereitungsvorgangs bietet die Kraftstoffaufbereitungsvorrichtung eine oder mehrere Zuleitungen und wenigstens eine Rückleitung für den Kraftstoff. Die Kurbelwellenwange kann als Antriebsfläche für ein Antriebselement der Kraftstoffpumpe wie einen Rollenstößel oder einen Hubkolben der Kraftstoffpumpe genutzt werden. Die Kurbelwellenwange ist daher ein Antriebselement für die Kraftstoffpumpe. Erfindungsgemäß erfolgt eine unmittelbare Übertragung der Antriebsenergie für die Kraftstoffpumpe von der Kurbelwellenwange auf die an ihr angelagerte Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe steht unmittelbar im Eingriff mit der Kurbelwellenwange. Es wird auf Übersetzungsgetriebe und Getriebeketten verzichtet. Der Hubkolbenmotor bewahrt in seinem Inneren die Kraftstoffpumpe, die ihre Antriebsleistung durch eine Anlagerung an der Kurbelwellenwange erfährt.Turning away from the reciprocating pistons, it can also be said, on the opposite side of the combustion chamber, internal combustion engines per cylinder usually have a plurality of gas exchange valves, which are to contribute to the fuel-air mixture preparation in the combustion chamber or in the combustion chambers of the reciprocating engine. One or more injectors open in front of or in the combustion chamber. Depending on the fuel used, whether diesel fuel or gasoline fuel is used, is also spoken by a diesel engine or a gasoline engine. In order that the fuel in the correct mixing ratio in sufficient quantity, but not too fat, is available, the reciprocating engine is associated with a fuel conditioning device. A part of the fuel treatment device is a fuel pump, which can be referred to as a high-pressure pump usually due to the pressure to be produced. Such a fuel pump ensures that the fuel can be pressurized. There are pressures in a pressure range of more than 1800 bar, z. B. in the range of 2200 bar quite common. For controlling the fuel conditioning operation, the fuel conditioning device provides one or more supply lines and at least one return line for the fuel. The crankshaft cheek can be used as a drive surface for a drive element of the fuel pump such as a roller tappet or a reciprocating piston of the fuel pump. The crankshaft cheek is therefore a drive element for the fuel pump. According to the invention, a direct transmission of the drive energy for the fuel pump from the crankshaft cheek takes place on the fuel pump attached to it. The fuel pump is directly engaged with the crankshaft cheek. It is dispensed with transmission gear and transmission chains. The reciprocating engine preserves in its interior the fuel pump, which experiences its driving power by an attachment to the crankshaft cheek.
Die Kurbelwelle, genauer die Kurbelwellenwange, treibt unmittelbar – ohne Zwischenelement – ein Antriebsglied der Kraftstoffpumpe an. Die in der Rotation der Kurbelwellenwange vorhandene Antriebsenergie wird direkt auf die Kraftstoffpumpe weitergegeben. Es gibt eine Berührungslinie zwischen Kurbelwelle und Antriebsglied der Kraftstoffpumpe. Kurbelwelle und Kraftstoffpumpe lagern gegeneinander, beide Teile, Kurbelwelle und Kraftstoffpumpe, sind im Bereich der Kurbelwellenwange in Berührkontakt.The crankshaft, more precisely the crankshaft cheek, drives directly - without an intermediate element - a drive member of the fuel pump. The existing in the rotation of the crankshaft cheek drive energy is passed directly to the fuel pump. There is a line of contact between crankshaft and drive member of the fuel pump. Crankshaft and fuel pump bear against each other, both parts, crankshaft and fuel pump, in contact with the crankshaft cheek.
Die Lager der Kurbelwelle sind für die Leistungen, die der Hubkolbenmotor zur Verfügung stellen soll, ausgelegt. Der Hubkolbenmotor operiert vorzugsweise mit Kraftstoff, der unter hohen Druck gesetzt ist. Ungleichförmige Belastungen, die aufgrund von impulsartigen Fördervorgängen in der Kraftstoffpumpe hervorgerufen werden, haben bei einer Einleitung der Antriebsleistung mit Hilfe einer Kurbelwellenwange in der Form von mechanischen Belastungen für die Lager der Kurbelwelle nur einen sehr geringen Einfluss auf die Standzeiten des Hubkolbenmotors.The crankshaft bearings are designed for the power that the reciprocating engine should provide. The reciprocating engine preferably operates on fuel that is under high pressure. Uneven loads caused by pulse-like delivery processes in the fuel pump have only a very small influence on the service life of the reciprocating engine when the drive power is introduced by means of a crankshaft cheek in the form of mechanical loads on the bearings of the crankshaft.
Ein entsprechender Hubkolbenmotor, wie zuvor beschrieben, zeichnet sich durch seine kompakte Gestaltung aus. Der Hubkolbenmotor kann dadurch betrieben werden, dass die Arbeitsenergie der Kurbelwelle vorteilhaft zum Teil für die Kraftstoffaufbereitung genutzt wird. Hierfür wird die Förderleistung von der Kurbelwellenwange abgegriffen. Der Hubkolbenmotor wandelt kalorische Energie unter Nutzung einer Kraftstoff-Luft-Verbrennung in Rotationsenergie einer Kurbelwelle. Für den Verbrennungsvorgang gibt es wenigstens einen Brennraum, der über einen Hubkolben Bewegungsenergie auf eine Kurbelwelle aufbringen kann. Die Kurbelwelle liegt im Inneren des Hubkolbenmotors. Die Kurbelwelle ist segmentartig gestaltet. Ein Segment umfasst die Kurbelwellenwange. Weiterhin gibt es wenigstens einen Kurbelwellenschaft. Die Förderleistung an der Kraftstoffpumpe dient dazu, einen Druck aufzubauen. Die Antriebsenergie muss nicht umständlich durch den gesamten Motor umgelenkt werden. Mit Hilfe der Gestaltung der Kurbelwellenwange oder einer Kontur auf oder an der Kurbelwellenwange kann rotationsgesteuert die Energie für die Kraftstoffförderung an die Kraftstoffpumpe abgegeben werden.A corresponding reciprocating engine, as described above, is characterized by its compact design. The reciprocating engine can be operated in that the working energy of the crankshaft is advantageously used in part for the fuel treatment. For this purpose, the capacity is tapped from the crankshaft cheek. The reciprocating engine converts calorific energy into a rotational force of crankshaft using fuel-air combustion. For the combustion process, there is at least one combustion chamber, which can apply kinetic energy to a crankshaft via a reciprocating piston. The crankshaft is located inside the reciprocating engine. The crankshaft is designed like a segment. One segment includes the crankshaft cheek. Furthermore, there is at least one crankshaft shaft. The delivery rate at the fuel pump serves to build up a pressure. The drive energy does not have to be awkward to divert through the entire engine. With the help of the design of the crankshaft cheek or a contour on or on the crankshaft cheek rotationally controlled, the energy for the fuel delivery can be delivered to the fuel pump.
Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den nachfolgenden Ausführungen entnehmen, die für sich allein gesehen, ebenfalls eigenständigen erfinderischen Beitrag zeigen können.Advantageous developments can be found in the following explanations, which, taken alone, can also show an independent inventive contribution.
Eine Antriebsebene der Kraftstoffpumpe läuft durch die Kurbelwellenwange. Somit kann eine Oberfläche der Kurbelwellenwange gleichzeitig als Antriebsebene bzw. als Antriebskreis für die Kraftstoffpumpe genutzt werden. Vorteilhaft ist die Verwendung einer Kontur an oder auf der Kurbelwellenwange, die als Antriebsebene dient.A drive plane of the fuel pump passes through the crankshaft cheek. Thus, a surface of the crankshaft cheek can be used simultaneously as a drive level or as a drive circuit for the fuel pump. It is advantageous to use a contour on or on the crankshaft cheek, which serves as a drive plane.
Die Kurbelwelle dreht um eine Kurbelwellenachse. Die Kurbelwellenachse erstreckt sich in den Kurbelwellenschäften, sofern mehrere vorhanden sind. Die Kurbelwelle hat zumindest aber einen Schaft. Die Hubkolben des Hubkolbenmotors stehen quer ab zu der Längserstreckung der Kurbelwelle. Die Hubkolben folgen ihrer Hubbewegung in einem Winkel zur Kurbelwelle. Die Anlagerung der Kraftstoffpumpe erfolgt seitlich zur Kurbelwellenachse. Der Berührungspunkt zwischen Kraftstoffpumpe und Kurbelwelle liegt somit nicht auf der Kurbelwellenachse. Etwas versetzt zur Kurbelwellenachse befindet sich die Antriebsstelle zur Kraftstoffpumpe innerhalb der Kurbelwelle, also an einer Oberfläche der Kurbelwelle. Die Antriebskraft, die wenigstens teilweise für die Kraftstoffpumpe genutzt werden kann, kann in unterschiedliche Kraftkomponenten aufgeteilt werden. Eine Antriebskraft für die Kraftstoffpumpe erstreckt sich im rechten Winkel zur Kurbelwellenachse. Die Rotationsbewegung der Kurbelwelle lässt sich hierdurch vorteilhaft für den Antrieb der Kraftstoffpumpe nutzten. Es können Oberflächenprofile in die Kurbelwellenwange eingearbeitet sein, sodass keine zusätzlichen Nocken an einem Ende der Kurbelwelle eingearbeitet sein müssen. Sondern ein mittleres Teil der Kurbelwelle selbst ist so gefertigt, dass es als Steuerrad für den Antrieb der Kraftstoffpumpe genutzt werden kann.The crankshaft rotates about a crankshaft axis. The crankshaft axis extends in the crankshaft shafts, if several are present. The crankshaft has at least a shaft. The reciprocating piston of the reciprocating engine are transverse to the longitudinal extent of the crankshaft. The reciprocating pistons follow their lifting movement at an angle to the crankshaft. The attachment of the fuel pump takes place laterally to the crankshaft axis. The point of contact between the fuel pump and the crankshaft is thus not on the Crankshaft axis. Somewhat offset from the crankshaft axis is the drive point to the fuel pump within the crankshaft, that is on a surface of the crankshaft. The driving force, which can be used at least partially for the fuel pump, can be divided into different force components. A drive force for the fuel pump extends at right angles to the crankshaft axis. The rotational movement of the crankshaft can thereby be used advantageously for driving the fuel pump. Surface profiles may be incorporated into the crankshaft web so that no additional cams need to be machined at one end of the crankshaft. But a middle part of the crankshaft itself is made so that it can be used as a steering wheel for driving the fuel pump.
Zum Antrieb der Kraftstoffpumpe kann ein Umfang auf der Kurbelwellenwange genutzt werden. Vorteilhafterweise fallen Umfang und Oberfläche der Kurbelwellenwange zusammen. Der Abschnitt der Oberfläche, der als Umfang zum Antrieb der Kraftstoffpumpe genutzt wird, sollte einen gewissen (Mindest-)Durchmesser einfassen. Für eine besonders leichte Umsetzung der Erfindung kann der größte Durchmesser, also der breiteste Durchmesser, der Kurbelwellenwange benutzt werden. Wird ein Punkt auf der Kurbelwellenwange während der Rotationsbewegung der Kurbelwelle verfolgt, so beschreibt dieser Punkt einen Durchmesser durch seine kreisförmige Bewegung. Der äußere Umfang, der parallel zur Oberfläche des Kurbelwellenschafts verläuft, kann bei einer solchen Gestaltung zum Antrieb der Kraftstoffpumpe genutzt werden. Sollte die Kraftstoffpumpe eine nockengetriebene bzw. nockengesteuerte Kraftstoffpumpe sein, so muss nur während des Schleifvorgangs der Kurbelwelle ein solcher Nocken in die seitliche Oberfläche der Kurbelwellenwange eingearbeitet sein.To drive the fuel pump, a circumference on the crankshaft cheek can be used. Advantageously fall circumference and surface of the crankshaft cheek. The portion of the surface used as the perimeter for driving the fuel pump should have a certain (minimum) diameter. For a particularly easy implementation of the invention, the largest diameter, so the widest diameter, the crankshaft cheek be used. If a point on the crankshaft cheek is traced during the rotational movement of the crankshaft, this point describes a diameter through its circular motion. The outer circumference, which runs parallel to the surface of the crankshaft shaft, can be used in such a design for driving the fuel pump. If the fuel pump is a cam-driven or cam-controlled fuel pump, then such a cam must be machined into the lateral surface of the crankshaft cheek only during the grinding process of the crankshaft.
Die Kurbelwelle muss ausreichend gelagert sein. Hierfür bietet das Kurbelwellengehäuse ein Kurbelwellengestühl. An ausgewählten Stellen wird die Kurbelwelle durch das Kurbelwellengestühl gelagert. Die Kurbelwelle wird durch das Kurbelwellengestühl getragen. Dabei muss das Kurbelwellengestühl nicht vollständig massiv ausgestaltet sein. Das Kurbelwellengestühl muss ausreichend fest sein, um die Kräfte der Kurbelwelle aufnehmen zu können, das Kurbelwellengestühl kann jedoch auch einzelne Öffnungen haben.The crankshaft must be sufficiently supported. For this purpose, the crankshaft housing offers a crankshaft stalls. At selected points, the crankshaft is supported by the crankshaft stalls. The crankshaft is supported by the crankshaft stalls. The crankshaft stalls do not have to be completely solid. The crankshaft stalls must be strong enough to accommodate the forces of the crankshaft, but the crankshaft stalls may have individual openings.
Die Kurbelwelle wird wenigstens teilweise durch ein Kurbelwellengestühl getragen. Zumindest in einem Tragarm des Kurbelwellengestühls ist eine Öffnung eingelassen. Die Öffnung ist so dimensioniert, dass eine Kraftstoffpumpe durch das Kurbelwellengestühl durchgreifen kann und sich an der Kurbelwellenwange anlagern kann. Diese Anordnung trägt zur geschützten Lagerung der Kraftstoffpumpe bei. Das Lager der Kurbelwelle ist ausreichend stabil, obwohl das Kurbelwellengestühl eine Öffnung aufweist. Die vorgestellte Lösung steigert den Integrationsgrad des Hubkolbenmotors.The crankshaft is at least partially carried by a Kurbelwellengestühl. At least in a support arm of the crankshaft stalls an opening is recessed. The opening is dimensioned so that a fuel pump can pass through the crankshaft stalls and can attach to the crankshaft cheek. This arrangement contributes to the protected storage of the fuel pump. The bearing of the crankshaft is sufficiently stable, although the crankshaft stalls have an opening. The solution presented increases the degree of integration of the reciprocating engine.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist die Kurbelwellenwange nicht über ihre gesamte Oberfläche hinweg gleichmäßig, z. B. gleichmäßig gerundet, sondern sie weist an einer Stelle wenigstens einen Überstand auf. Der Überstand kann als eingearbeitete Nocke oder als eingearbeitete Stufe gestaltet sein. Die Steuerungskontur lässt sich genauso mit Hilfe einer Vertiefung realisieren. Die Steuerungskontur kann sowohl als konvexe als auch als konkave Oberfläche gestaltet sein. Die Nocke ist so in die Kurbelwellenwange eingearbeitet, dass durch die Rotationsbewegung der Kurbelwelle bzw. durch die Rotationsbewegung der Kurbelwellenwange eine Hubbewegung auf die Kraftstoffpumpe ausgeübt werden kann. Dafür steht der Überstand ein wenig aus der restlichen Kurbelwellenwange heraus. Die Kurbelwelle wird standardmäßig bei der Herstellung geschliffen. Während des Schleifvorgangs kann im gleichen Bearbeitungsschritt die Stufe bzw. die Nocke eingearbeitet werden.In a particularly advantageous embodiment, the crankshaft cheek is not uniform over its entire surface, z. B. evenly rounded, but it has at one point at least one supernatant. The supernatant can be designed as a built-in cam or as a built-in stage. The control contour can also be realized with the help of a deepening. The control contour can be configured as a convex as well as a concave surface. The cam is incorporated in the crankshaft cheek, that by the rotational movement of the crankshaft or by the rotational movement of the crankshaft cheek, a lifting movement can be exerted on the fuel pump. For the supernatant stands out a bit from the rest of the crankshaft cheek. The crankshaft is ground by default during manufacture. During the grinding process, the step or the cam can be incorporated in the same processing step.
Als besonders geeignet haben sich Kraftstoffsteckpumpen erwiesen, solche Pumpen gibt es als Einkolbenhochdruckpumpen. Die Kraftstoffsteckpumpe hat einen sehr kleinen Durchmesser, z. B. 15 mm oder 17 mm, zumindest an dem Antriebselement der Kraftstoffpumpe. Das Kurbelwellengestühl ist bei vielen Motoren breiter. Somit kann die Kraftstoffsteckpumpe im Kurbelwellengestühl stecken. Das Kurbelwellengestühl bietet für die innenliegende Kraftstoffpumpe umschließendes Material, sodass auf der einen Seite die Kraftstoffpumpe vor den übrigen rotierenden Teilen geschützt ist und auf der anderen Seite keine unnötige Durchbiegung der Kurbelwelle aufgrund von zu schwachen Lagern droht. Typische Breiten der Lager für Kurbelwellen, die z. B. einen Durchmesser von 70 mm im Bereich ihrer Schäfte haben, sind z. B. 16 mm. Die Integration der Kraftstoffpumpe erfolgt bei einer solchen Ausgestaltung über ein Teilsegment im Umfang und nicht über die gesamte Breite des Lagers. Für die Integration einer Pumpe, die Kraftstoff mit einem Druck von 2200 bar liefern kann, hat sich ein Rollentassenstößel mit einer Rollenbreite von ca. 14 mm bis ca. 15 mm Breite als ausreichend dimensioniert erwiesen. Das bedeutet, die Kraftstoffpumpe lässt sich in dem Lagerschild, dem Kurbelwellengestühl, integrieren, selbst bei so geringen Durchmessern wie 70 mm.Fuel plug pumps have proven to be particularly suitable; such pumps are available as single-piston high-pressure pumps. The fuel plug pump has a very small diameter, z. B. 15 mm or 17 mm, at least on the drive element of the fuel pump. The crankshaft stalls are wider in many engines. Thus, the fuel plug pump stuck in the crankshaft stalls. The crankshaft stalls provide enclosing material for the internal fuel pump so that on one side the fuel pump is protected from the other rotating parts and on the other side there is no risk of unnecessary crankshaft deflection due to weak bearings. Typical widths of the bearings for crankshafts, z. B. have a diameter of 70 mm in the region of their shafts, z. B. 16 mm. The integration of the fuel pump takes place in such a configuration over a partial segment in the scope and not over the entire width of the bearing. For the integration of a pump that can supply fuel with a pressure of 2200 bar, a roller cup tappet with a roll width of about 14 mm to about 15 mm wide has proven to be sufficiently dimensioned. This means that the fuel pump can be integrated in the end shield, the crankshaft stalls, even with diameters as small as 70 mm.
Durch den Hubkolbenmotor können verschiedene Achsen durchgezogen werden. Eine solche Achse kann sich durch die Längserstreckung der Kurbelwelle erstrecken. Eine weitere Achsenorientierung kann als Radius der Kurbelwellenwange angesehen werden. Zu diesen unterschiedlichen Achsen abgewinkelt lässt sich die Kraftstoffpumpe anordnen, wobei die Kraftstoffpumpe von der Kurbelwellenwangenoberfläche startend in eine eigene Richtung sich erstreckt. Hierzu wird ein vorteilhafter Winkel wie z. B. 45° gewählt. Vibrationen und Erschütterungen wirken bei geschickter Wahl der Achse der Kraftstoffpumpe auf die Kraftstoffpumpe deutlich geringer ein als bei der Orientierung, wenn die Kraftstoffpumpe entlang einer Hauptachse des Hubkolbenmotors ausgerichtet wäre.Through the reciprocating engine different axes can be pulled through. Such an axle may extend through the longitudinal extent of the crankshaft. Another axis orientation can be considered as the radius of the crankshaft cheek become. Angled to these different axes, the fuel pump can be arranged, the fuel pump extending from the crankshaft cheek surface starting in a separate direction. For this purpose, an advantageous angle such. B. 45 °. Vibrations and shocks act with skillful choice of the axis of the fuel pump to the fuel pump much lower than in the orientation, if the fuel pump along a major axis of the reciprocating engine would be aligned.
Die Kraftstoffpumpe kann mehrteilig aufgebaut sein. Der eigentliche Kern der Kraftstoffpumpe, sozusagen das Pumpenkerngehäuse, in dem sich der Hochdruckteil der Pumpe befindet, kann über einen Hebel an der Kurbelwellenwange angebunden sein. Der Hebel selber sollte durch einzelne Federn vorgespannt sein. Mit Hilfe des Hebels kann die Antriebsleistung aus der Kurbelwellenwange umgelenkt an das Pumpenkerngehäuse herangeführt werden.The fuel pump can be constructed in several parts. The actual core of the fuel pump, so to speak, the pump core housing, in which the high-pressure part of the pump is located, can be connected via a lever on the crankshaft cheek. The lever itself should be biased by individual springs. With the help of the lever, the drive power from the crankshaft cheek can be deflected guided to the pump core housing.
Der Hubkolbenmotor ist soweit integriert, dass die Kraftstoffpumpe bei einer besonders vorteilhaften Anordnung von außen nicht mehr unmittelbar zu sehen ist (außer natürlich die von außen heranzuführenden Kraftstoffanschlüsse wie Zuleitung und Ableitung). Sämtliche Teile der Kraftstoffpumpe befinden sich also in dem Motorblock des Hubkolbenmotors. Als Installationsort bzw. Montageort, der besonders vorteilhaft ist, kann eine Stelle in dem Kurbelwellengehäuse gewählt werden.The reciprocating engine is integrated so far that the fuel pump in a particularly advantageous arrangement from the outside is no longer directly visible (except, of course, the approach from the outside fuel connections such as supply and discharge). All parts of the fuel pump are thus in the engine block of the reciprocating engine. As installation site or installation site, which is particularly advantageous, a location in the crankshaft housing can be selected.
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich in vieler Hinsicht positiv aus. So trägt die Integration der Kraftstoffpumpe in das Motorgehäuse dazu bei, dass die Bauteilanzahl und die Anzahl der Einzelteile reduziert werden. Einer oder mehrere zusätzliche Nocken, sowie ein gesondertes Ketten-, Zahnrad- oder Riementriebselement können entfallen. Dies trägt nicht nur zu Kostenreduktion, sondern auch zur Verbesserung der Gesamtdynamik des Motors bei. Sofern auf ein gesondertes Ketten-, Zahnrad- oder Riementriebselement verzichtet werden kann, wird der Leistungsverlust, der aufgrund von Reibung aufzubringen ist, reduziert. Zusätzliche Antriebskräfte sind nicht mehr aufzubringen. Die Nockenwellen können im Vergleich zu Systemen, bei denen die Kraftstoffpumpe durch eine Nockenwelle synchronisiert wird, mit geringer dimensionierten Lagern ausgelegt werden. So wird je nach Auslegung der Kräfteverteilung der Raum dafür eröffnet, dass Gehäuse und Lager im Zylinderkopf sowie Deckel und Rahmen durchgehend in Kunststoff umgesetzt werden können. Die Auslegung als Kunststoffteile ist ein weiterer Beitrag zur Gewichtsreduktion. Als weitere Folge können zumindest teilweise die druckölversorgten Bauteile in ihrer Zahl reduziert werden, was wiederum zu einer Vereinfachung des Motors beiträgt. Je nach Gestaltung der Anordnung zwischen Kraftstoffpumpe und Kurbelwellenwange kann im Bereich des Ausgleichswellentriebs zusätzlicher Platz gewonnen werden, indem dieser für einen Kraftstoffpumpenantrieb nicht mehr zu beanspruchen ist. Die Übertragung des Hubes mittels Übertragungselementes auf die Pumpe kann eine bauraumoptimale Lösung sowie die Reduzierung bzw. Überbrückung filigraner Strukturen im Gehäuse des Motors ermöglichen. Eine Übersetzung bzw. Untersetzung ermöglicht eine Anpassung von Hub- und Flächenkräften bei der Übertragung der Antriebsleistung. Die Einbringung von weiteren Funktionselementen ist grundsätzlich möglich, z. B. können Schalttassen oder Kipphebelabschaltungen zusätzlich integriert werden. Für eine besonders vorteilhaften Kraftstoffpumpenaufbau sollte die Pumpe selbst in die folgenden Baugruppen unterteilbar sein: Abtriebselement wie Rollentassenstößel, Übertragungselement wie Pumpenstößel, Hochdruckpumpeneinheit und Hochdruckpumpenteil mit VCV und Druckraum.The present invention is in many ways positive. The integration of the fuel pump into the motor housing thus helps to reduce the number of components and the number of individual parts. One or more additional cams, as well as a separate chain, gear or belt drive element can be omitted. This not only helps to reduce costs, but also to improve the overall dynamics of the engine. If it is possible to dispense with a separate chain, gear or belt drive element, the power loss due to friction is reduced. Additional drive forces are no longer possible. The camshafts can be designed with smaller sized bearings compared to systems where the fuel pump is synchronized by a camshaft. Thus, depending on the design of the distribution of forces, the space is opened up so that the housing and bearing in the cylinder head as well as the cover and frame can be continuously converted into plastic. The design as plastic parts is another contribution to weight reduction. As a further consequence, at least in part, the components supplied with pressurized oil can be reduced in number, which in turn contributes to a simplification of the engine. Depending on the design of the arrangement between the fuel pump and the crankshaft cheek, additional space can be obtained in the area of the balancer shaft drive by making it no longer necessary for a fuel pump drive. The transfer of the stroke by means of transfer element to the pump can allow a space-optimal solution and the reduction or bridging filigree structures in the housing of the engine. A translation or reduction allows adaptation of lifting and surface forces in the transmission of the drive power. The introduction of further functional elements is possible in principle, for. B. switching cups or Kipphebelabschaltungen can be additionally integrated. For a particularly advantageous fuel pump construction, the pump itself should be subdividable into the following subassemblies: output element such as roller-type pestle, transfer element such as pump tappet, high-pressure pump unit and high-pressure pump part with VCV and pressure chamber.
Weiterhin ergeben sich auch Vorteile bei der Herstellung. So können die Herstellung, die Montage und damit Justage der Pumpeneinheiten vereinfacht werden. Die Bearbeitung des Kurbelgehäuses (insbesondere Lagerschalen und Kurbelwellenlagerung) kann während eines Bearbeitungsschrittes, also zeitgleich, mit der Bearbeitung des Pumpenabtriebes erfolgen. Die Bearbeitung kann mit sehr hoher (auch notwendiger) Präzision durchgeführt werden. Die Ölversorgung des Abtriebes für die Kraftstoffpumpe kann in einer Ausgestaltung direkt aus dem Lager bzw. Kurbelgehäuseschmierkreislauf erfolgen.Furthermore, there are also advantages in the production. Thus, the manufacture, assembly and thus adjustment of the pump units can be simplified. The machining of the crankcase (in particular bearing shells and crankshaft bearing) can be done during a processing step, ie at the same time, with the processing of the pump output. The processing can be carried out with very high (even necessary) precision. The oil supply of the output for the fuel pump can be done in one embodiment directly from the camp or Kurbelgehäuseschmierkreislauf.
FigurenkurzbeschreibungBrief Description
Die Erfindung kann noch besser verstanden werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, wobeiThe invention can be better understood by reference to the accompanying figures, wherein
Figurenbeschreibungfigure description
Ein weiteres wichtiges Teil für die Bildung des Motorblocks
Die Erfindung zeichnet sich nach einem Aspekt dadurch aus, dass sich die Kraftstoffpumpe
Die Kurbelwelle
Ein Antriebselement
Sollte jedoch die maximale Breite der Öffnung
Die zuvor dargestellten Einzelaspekte nach den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Hubkolbenmotorreciprocating engine
- 33
- Hubkolbenreciprocating
- 55
- Brennraumcombustion chamber
- 77
- Hubbewegungstroke movement
- 99
- Motorblockblock
- 1111
- Pleuelpleuel
- 1313
- Ölwanneoil pan
- 1515
- Ölpumpeoil pump
- 1717
- Zylinderkopfcylinder head
- 1919
- ZylinderkopfdeckelCylinder head cover
- 2121
- Nockenwellecamshaft
- 2323
- GaswechselventileGas exchange valves
- 2525
- Kurbelwellengehäusecrankcase
- 2727
- Kurbelwellengestühlcrankshaft stalls
- 2929
- Öffnungopening
- 3131
- Riemenradpulley
- 3333
- Abtriebswelleoutput shaft
- 3535
- Kurbelwellecrankshaft
- 3737
- Kurbelwellenwangecrankshaft cheek
- 3939
- Umfang der KurbelwellenwangeCircumference of the crankshaft cheek
- 4141
- ÜberstandGot over
- 4343
- Nocken bzw. KonturCam or contour
- 4545
- Stufestep
- 4747
- Oberflächesurface
- 4949
- Durchmesser, insbesondere der Kurbelwelle wie z. B. der KurbelwellenwangeDiameter, in particular the crankshaft such. B. the crankshaft cheek
- 51, 51'51, 51 '
- Antriebsebenedrive level
- 5353
- Kurbelwellenschaftcrank shaft
- 5555
- Kurbelwellenachsecrankshaft axis
- 57, 57'57, 57 '
- Achsenorientierung, insbesondere des AntriebsAxis orientation, especially of the drive
- 5959
- Längserstreckunglongitudinal extension
- 6161
- KraftstoffaufbereitungsvorrichtungFuel processing device
- 6363
- Kraftstoffpumpe, insbesondere HochdruckkraftstoffpumpeFuel pump, in particular high-pressure fuel pump
- 6565
- KraftstoffsteckpumpeFuel plug-in pump
- 6767
- EinkolbenhockdruckpumpeEinkolbenhockdruckpumpe
- 6969
- PumpenkerngehäusePump core housing
- 7171
- Regelventilcontrol valve
- 7373
- Pumpenanschlusspump connection
- 7575
- PumpenrückstellfederPump return spring
- 7777
- Pumpenkolbenpump pistons
- 7979
- Pumpenbefestigungsflanschpump mounting flange
- 8181
- Antriebselementdriving element
- 8383
- Hebellever
- 8585
- kalorische Energiecaloric energy
- 8787
- Kraftstoff-Luft-VerbrennungAir-fuel combustion
- 8989
- mechanische Energiemechanical energy
- 9191
- Riemenscheibepulley
- 9797
- Zündkerze bzw. Zündkerzenöffnung oder ZündkerzenbohrungSpark plug or spark plug hole or spark plug hole
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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