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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für eine Hochdruckpumpe, insbesondere einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine mit einer derartigen Antriebseinrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine.
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Aus der
DE 195 15 191 A1 ist eine Antriebseinrichtung für eine Hochdruckpumpe einer Kraftstoffeinspritzanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt. Sie umfasst eine Nockenwelle, die um eine Drehachse drehend antreibbar ist, sowie einen Pumpennocken, der mit der Nockenwelle drehfest verbunden ist. Mit diesem Pumpennocken wirkt ein Stößel zusammen, um bidirektionale Antriebsbewegungen auf ein Antriebsglied der Hochdruckpumpe zu übertragen. Bei der bekannten Antriebseinrichtung treibt der Stößel einen Plungerkolben zum Fördern des Kraftstoffs an.
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Aus der
DE 42 12 255 C2 ist eine weitere Antriebseinrichtung bekannt, wobei der mit dem Pumpennocken zusammenwirkende Stößel als Rollenstößel ausgestaltet ist und eine an der Steuerkontur des Pumpennockens ablaufende Rolle trägt.
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Aus der
DE 102 20 385 A1 ist ebenfalls eine Antriebseinrichtung bekannt, bei der zum Antreiben des Antriebsglieds der Hochdruckpumpe ein Stößel verwendet wird, der mit einem Ventilkipphebel zusammenwirkt, der seinerseits von einem Ventilnocken der Nockenwelle betätigt ist und zum Betätigen eines Gaswechselventils dient.
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Üblicherweise wird somit als Nockenwelle, die den Pumpennocken der Antriebseinrichtung trägt, eine Nockenwelle der Brennkraftmaschine verwendet, die außerdem Ventilnocken zum Steuern von Gaswechselventilen trägt. Die Antriebseinrichtung ist dann im Bereich einer Zylinderkopfhaube angeordnet. Dabei ist sie bezüglich der Drehachse der Nockenwelle entsprechend der Antriebsbewegung des Stößels radial angeordnet. Zur Bauraumoptimierung ist es dabei möglich, die Relativlage der Antriebseinrichtung bezüglich der Nockenwelle nur durch Drehen um die Drehachse der Nockenwelle zu verändern. Da somit nur ein einziger Freiheitsgrad für die Positionierung der Antriebseinrichtung relativ zur Nockenwelle zur Verfügung steht, sind die Möglichkeiten zur Optimierung des für die Antriebseinrichtung benötigten Bauraums reduziert.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Antriebseinrichtung einer Hochdruckpumpe bzw. für eine damit ausgestattete Brennkraftmaschine eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch auszeichnet, dass die Möglichkeiten zur Optimierung des erforderlichen Einbauraums vergrößert sind, so dass insbesondere die gestalterische Freiheit für die Unterbringung der Antriebseinrichtung an der Brennkraftmaschine vergrößert ist.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Antriebsglied der Hochdruckpumpe nicht unmittelbar mit dem vom Pumpennocken angetriebenen Rollenstößel anzutreiben, sondern indirekt, und zwar über einen Übertragungshebel, der hierzu um eine Schwenkachse schwenkbar gelagert ist, die geneigt zur Drehachse der Nockenwelle und/oder zur Hubrichtung des Rollenstößels verläuft. Somit kann die bidirektionale lineare Antriebsbewegung des Rollenstößels zunächst in eine oszillierende kreisbogenförmige Schwenkbewegung des Übertragungshebels und schließlich wieder in eine bidirektionale lineare Antriebsbewegung des Antriebsglieds der Hochdruckpumpe gewandelt werden. Folglich kann der Übertragungshebel die bidirektionalen Antriebsbewegungen des Rollenstößels auf das Antriebsglied der Hochdruckpumpe übertragen. Durch die Verwendung eines derartigen Zwischenglieds, nämlich des Übertragungshebels, der zwischen dem Rollenstößel und dem Antriebsglied angeordnet ist, kann die Hochdruckpumpe räumlich so angeordnet werden, dass die Hubrichtung ihres Antriebsglieds geneigt zur Hubrichtung des Rollenstößels verläuft. Insbesondere _ kann somit die Hubrichtung des Antriebsglieds abweichend zur radialen Orientierung bezüglich der Drehachse der Nockenwelle ausgerichtet werden. Somit lässt sich die Neigung zwischen der Hubrichtung des Rollenstößels und der Hubrichtung des Antriebsglieds konstruktiv einstellen, was zu einem zusätzlichen Freiheitsgrad für die Positionierung und räumliche Anordnung der Antriebseinrichtung bzw. der Hochdruckpumpe führt. Folglich kann die Antriebseinrichtung bezüglich der Nockenwelle bzw. bezüglich des Pumpennockens entlang eines Kugelschalensegments positioniert werden. Es stehen somit erheblich mehr Möglichkeiten zur Unterbringung der Antriebseinrichtung an der Brennkraftmaschine bzw. für die Positionierung der Hochdruckpumpe an der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich der Zylinderkopfhaube, zur Verfügung.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform kann der Übertragungshebel eine Antriebskontur aufweisen, mit welcher der Übertragungshebel an einer Abtriebsseite des Rollenstößels zur Anlage kommt, wobei diese Abtriebsseite von der Rolle des Rollenstößels abgewandt ist bzw. dem Übertragungshebel zugewandt ist. Es erfolgt also eine einfache Kraftübertragung zwischen Übertragungshebel und Rollenstößel durch Kontaktierung, ohne Befestigung, so dass der Übertragungshebel mit seiner Antriebskontur lose an der Abtriebsseite des Rollenstößels anliegt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Übertragungshebel eine Abtriebskontur aufweisen, mit welcher der Übertragungshebel an einem Antriebsende des Antriebsglieds anliegt, wobei das Antriebsende von der Hochdruckpumpe abgewandt bzw. dem Übertragungshebel zugewandt ist. Somit kann auch hier eine einfache Kraftübertragung durch Kontaktierung, also ohne Befestigung realisiert werden. Der Übertragungshebel liegt somit mit seiner Abtriebskontur lose am Antriebsende des Antriebsglieds an.
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Bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei welcher der Übertragungshebel vorgespannt am Rollenstößel anliegt, so dass hier kein Spiel vorhanden und eine Geräuschentwicklung behindert ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Antriebsglied vorgespannt am Übertragungshebel anliegen, so dass auch hier jegliches Spiel eliminiert ist, was ebenfalls zur Reduzierung von Geräuschen führt. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Antriebsglied mittels einer Vorspannfeder gegen den Übertragungshebel vorzuspannen, wodurch der Übertragungshebel automatisch auch gegen den Rollenstößel vorgespannt ist.
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Bei einer anderen Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Übertragungshebel so zu lagern, dass die Schwenkachse quer zur Hubrichtung des Rollenstößels verläuft. Hierdurch wird die Konstruktion vereinfacht, insbesondere hinsichtlich der Ausgestaltung der Antriebskontur und der Abtriebsseite. Ferner werden dadurch die zu beherrschenden Kräfte reduziert.
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Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform kann der Übertragungshebel so gelagert sein, dass die Schwenkachse quer zur Drehachse der Nockenwelle verläuft. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform realisiert, wobei auch hierdurch vereinfachte Formen für die Antriebskontur und die Abtriebsseite und somit reduzierte Kräfte realisierbar sind.
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Die Nockenwelle, welche den Pumpennocken zum Antreiben der Hochdruckpumpe trägt, kann zusätzlich zum Pumpennocken Ventilnocken für die Betätigung von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine tragen. Hierdurch erhält die Nockenwelle eine Zusatzfunktion. Außerdem lässt sich dadurch eine besonders kompakte Realisierung der Antriebseinrichtung erreichen, da hierzu eine ohnehin an der Brennkraftmaschine vorgesehene Nockenwelle zum Antreiben des Pumpennockens verwendet werden kann, nämlich die Nockenwelle des Ventiltriebs.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine, die mit einer Kraftstoffeinspritzanlage ausgestattet ist, die wenigstens eine Hochdruckpumpe aufweist. Die Brennkraftmaschine ist ferner mit zumindest einer Nockenwelle ausgestattet, die Ventilnocken zum Betätigen von Gaswechselventilen trägt. Erfindungsgemäß ist die Brennkraftmaschine nun ferner mit wenigstens einer Antriebseinrichtung nach der Erfindung ausgestattet. Wie bereits erläutert, zeichnet sich diese Brennkraftmaschine dadurch aus, dass für die Positionierung der Hochdruckpumpe an der Brennkraftmaschine, insbesondere im Bereich einer Zylinderkopfhaube, eine vergrößerte Gestaltungsfreiheit besteht.
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Zweckmäßig ist auch hier, dass der Pumpennocken zusätzlich zu Ventilnocken an derselben Nockenwelle angeordnet ist, so dass für die Realisierung der Antriebseinrichtung die ohnehin vorhandene Nockenwelle eines Ventiltriebs verwendet werden kann.
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Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Hochdruckpumpe, insbesondere außen, an einer Zylinderkopfhaube befestigt sein, die, insbesondere innen, einen die wenigstens eine Nockenwelle enthaltenden Nockenwellenraum eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine verschließt. Der jeweilige Übertragungshebel und/oder der jeweilige Rollenstößel der jeweiligen Antriebseinrichtung kann dann an der Zylinderkopfhaube gelagert sein, zweckmäßig innen bzw. an einer Innenseite der Zylinderkopfhaube. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Realisierung für die Antriebseinrichtung bzw. für die mit der Antriebseinrichtung ausgestattete Brennkraftmaschine.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
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1 eine stark vereinfachte Seitenansicht einer Brennkraftmaschine im Bereich einer Antriebseinrichtung,
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2 eine perspektivische Ansicht der Brennkraftmaschine im Bereich einer Zylinderkopfhaube.
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Entsprechend den 1 und 2 umfasst eine nur teilweise dargestellte Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, eine Kraftstoffeinspritzanlage 2, von der lediglich eine Hochdruckpumpe 3 dargestellt ist. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen Ventiltrieb mit zumindest einer Nockenwelle 4. Die Nockenwelle 4 trägt drehfest Ventilnocken 5 zum Betätigen hier nicht dargestellter Gaswechselventile. Hierzu ist die Nockenwelle 4 um eine Drehachse 6 antreibbar. Eine Rotationsbewegung der Nockenwelle 4 um ihre Drehachse 6 ist in 1 durch einen Drehpfeil 7 angedeutet.
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Zum Antreiben der Hochdruckpumpe 3 ist eine Antriebseinrichtung 8 vorgesehen. Diese Antriebseinrichtung 8 umfasst eine Nockenwelle. Bevorzugt handelt es sich – wie bei der gezeigten Ausführungsform – hierbei um die Nockenwelle 4, welche mit den Ventilnocken 5 ausgestattet ist. Grundsätzlich kann die Antriebseinrichtung 8 auch eine eigene Nockenwelle aufweisen, die zusätzlich zur Nockenwelle 4 des Ventiltriebs vorgesehen sein kann. Jedenfalls trägt die der Antriebseinrichtung 8 zugeordnete Nockenwelle 4 einen Pumpennocken 9, der mit der Nockenwelle 4 drehfest verbunden ist. Ferner weist die Antriebseinrichtung 8 einen Rollenstößel 10 auf, der eine bidirektionale Hubbewegung 11 durchführen kann, die bzw. deren Hubrichtung in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Mit „11” wird im Folgenden die Hubbewegung bzw. die Antriebsbewegung und die Hubrichtung des Rollenstößels 10 bezeichnet. Hierbei wirkt der Rollenstößel 10 mit seiner Rolle 12 mit einer Außenkontur oder Steuerkontur 13 des Pumpennockens 9 zusammen. Im Einzelnen rollt die Rolle 12 an der Steuerkontur 13 des Pumpennockens 9 ab, wenn die Nockenwelle 4 um Ihre Drehachse 6 rotiert. Die Steuerkontur 13 des Pumpennockens 9 weist in ihrer Umfangsrichtung zumindest eine Erhebung auf, um bei einer vollständigen Umdrehung der Nockenwelle 4 zumindest einen Hub des Rollenstößels 10 zu erzeugen. Zweckmäßig besitzt die Steuerkontur 13 des Pumpennockens 9 in der Umfangsrichtung jedoch mehrere Erhebungen, so dass eine vollständige Umdrehung der Nockenwelle 4 entsprechend mehrere Hübe bzw. Hubbewegungen 11 des Rollenstößels 10 erzeugt. Beispielsweise besitzt die Steuerkontur 13 des Pumpennockens 9 vier in der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Erhebungen, die bei einer vollständigen Umdrehung der Nockenwelle 4 zu vier Hubbewegungen 11 des Rollenstößels 10 führen.
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Die Antriebseinrichtung 8 ist außerdem mit einem Übertragungshebel 14 ausgestattet, der um eine Schwenkachse 15 schwenkbar gelagert ist. Die Lagerung bzw. Anordnung des Übertragungshebels 14 erfolgt dabei derart, dass sich die Schwenkachse 15 geneigt zur Drehachse 6 bzw. geneigt zur Hubrichtung 11 erstreckt. Der Übertragungshebel 14 wirkt einerseits mit dem Rollenstößel 10 und andererseits mit einem Antriebsglied 16 der Hochdruckpumpe 3 zusammen. Dabei überträgt der Übertragungshebel 14 die bidirektionale Antriebsbewegung oder Hubbewegung 11 des Rollenstößels 10 auf das Antriebsglied 16, so dass auch das Antriebsglied 16 eine bidirektionale Antriebsbewegung bzw. Hubbewegung 17 durchführt, die bzw. deren Hubrichtung in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Mit „17” wird im Folgenden die Hubbewegung bzw. Antriebsbewegung sowie die Hubrichtung des Antriebsglieds 16 bezeichnet. Erkennbar ermöglicht die Verwendung des Übertragungshebels 14 eine räumliche Anordnung der Hochdruckpumpe 3 derart, dass die Hubrichtung 11 des Rollenstößels 10 geneigt zur Hubrichtung 17 des Antriebsglieds 16 verläuft.
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Das Antriebsglied 16 kann beispielsweise durch einen Plunger oder eine Kolbenstange gebildet sein, um im Inneren der Hochdruckpumpe 3 die gewünschte Pumpwirkung zu erzeugen.
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Der Übertragungshebel 14 führt seinerseits eine oszillierende Antriebsbewegung 18 durch, die in 1 durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Durch die Schwenkachse 15 des Übertragungshebels 14 ist die Antriebsbewegung 18 des Übertragungshebels 14 kreisbogenförmig.
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Der Übertragungshebel 14 weist eine Antriebskontur 19 auf, die insbesondere kreisbogenförmig ausgestaltet sein kann. Mit der Antriebskontur 19 liegt der Übertragungshebel 14 an einer Abtriebsseite 20 des Rollenstößels 10 an. Diese Abtriebsseite 20 ist insbesondere eben ausgestaltet, wobei sie sich insbesondere senkrecht zur Hubrichtung 11 des Rollenstößels 10 erstreckt. Die Abtriebsseite 20 befindet sich an einer dem Übertragungshebel 14 zugewandten Seite bzw. an einer von der Rolle 12 abgewandten Seite des Rollenstößels 10. Ferner besitzt der Übertragungshebel 14 eine Abtriebskontur 21, die insbesondere kreisbogenförmig ausgestaltet sein kann. Diese Abtriebskontur 21 liegt an einem Antriebsende 22 des Antriebsglieds 16 an, das sich an einer dem Übertragungshebel 14 zugewandten Seite bzw. an einer von der Hochdruckpumpe 3 abgewandten Seite des Antriebsglieds 16 befindet. Um eine ordnungsgemäße Funktion der Hochdruckpumpe 3 realisieren zu können sowie zur Vermeidung von Geräuschen, liegt der Übertragungshebel 14 einerseits spielfrei am Rollenstößel 10 an und andererseits spielfrei am Übertragungsglied 16 an. Zur Realisierung der spielfreien Kraftübertragung bzw. Bewegungsübertragung vom Rollenstößel 10 über den Übertragungshebel 14 auf das Antriebsglied 16 kann innerhalb der Antriebseinrichtung 8 eine Vorspannung realisiert werden, die den Übertragungshebel 14 vorgespannt am Rollenstößel 10 zur Anlage bringt. Ferner kann diese Vorspannung auch das Übertragungsglied 16 vorgespannt am Übertragungshebel 14 zur Anlage bringen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei welcher die Hochdruckpumpe 3 eine Vorspannfeder 23 aufweist, die das Antriebsglied 16 in Richtung des Übertragungshebels 14, also von der Hochdruckpumpe 3 weggerichtet, antreibt. In der Folge ist das Antriebsglied 16 mit Hilfe der Vorspannfeder 23 gegen den Übertragungshebel 14 vorgespannt, der sich seinerseits vorgespannt am Rollenstößel 10 abstützt.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der Übertragungshebel 14 so gelagert bzw. räumlich angeordnet, dass seine Schwenkachse 15 quer zur Hubrichtung 11 des Rollenstößels 10 verläuft. Sie liegt somit in einer Ebene, die sich senkrecht zur Hubrichtung 11 des Rollenstößels 10 erstreckt. Im Beispiel der 1 ist der Übertragungshebel 14 außerdem räumlich so positioniert bzw. gelagert, dass sich die Schwenkachse 15 auch quer zur Drehachse 6 der Nockenwelle 4 erstreckt. Somit liegt die Schwenkachse 15 außerdem in einer Ebene, die sich senkrecht zur Drehachse 6 erstreckt.
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Gemäß 2 ist die Brennkraftmaschine 1 außerdem mit einer Zylinderkopfhaube 24 ausgestattet, die einen in 1 erkennbaren Nockenwellenraum 25, in dem die Nockenwelle 4 angeordnet ist, eines hier nicht dargestellten Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine 1 verschließt. Die Hochdruckpumpe 3 ist an einer Außenseite der Zylinderkopfhaube 24 befestigt. Hierzu kann an der Zylinderkopfhaube 24 eine Konsole 26 angeordnet sein, die insbesondere integral an der Zylinderkopfhaube 24 ausgeformt sein kann. Zweckmäßig ist nun der Übertragungshebel 14 an dieser Zylinderkopfhaube 24 gelagert, und zwar insbesondere an einer Innenseite der Zylinderkopfhaube 24. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, den Rollenstößel 10 unmittelbar an der Zylinderkopfhaube 24 hubverstellbar zu lagern. Beispielsweise kann die Zylinderkopfhaube 24 hierzu eine hier nicht dargestellte zylindrische Stößelführung aufweisen. Alternativ ist es ebenso möglich, den Übertragungshebel 14 und/oder den Rollenstößel 10 an besagter Konsole 26 zu lagern bzw. zu führen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19515191 A1 [0002]
- DE 4212255 C2 [0003]
- DE 10220385 A1 [0004]
