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Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen in einer Zylinderbohrung begewegbaren Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei eine Fördereinrichtung zur Förderung von insbesondere Kraftstoff vorgesehen ist, und wobei die Fördereinrichtung an die Brennkraftmaschine angebaut und von einer Welle der Brennkraftmaschine angetrieben ist.
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Stand der Technik
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Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der
DE 10 2008 008 259 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine ist als luftgekühlte Brennkraftmaschine ausgebildet und mit geringen Änderungen von einer Dieselbrennkraftmaschine mit konventionellem Einspritzsystem auf ein Common-Rail-Einspritzsystem umgerüstet worden. Dazu ist eine als Hochdruckpumpe ausgebildete Fördereinrichtung für Kraftstoff stirnseitig an der Brennkraftmaschine angeordnet. Diese Hochdruckpumpe weist ein einen Rollenstößel tragendes Gehäuse auf, das an dem Kurbelgehäuse befestigt ist und wobei der Rollenstößel der Hochdruckpumpe mit zumindest einem zusätzlichen Fördernocken auf einer Gaswechselnockenwelle der Brennkraftmaschine zusammenwirkt.
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Eine weitere Brennkraftmaschine ist aus der
DE 10 2006 007 421 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist einen Ölwannenträgerrahmen auf, der zwischen dem Kurbelgehäuse und einer Ölwanne montierbar ist. Der Ölwannenträgerrahmen dient einerseits zur Versteifung des Kurbelgehäuses beispielsweise beim Einbau der Brennkraftmaschine in landwirtschaftliche Arbeitsmaschinen und andererseits ist es möglich, in den Ölwannenträgerrahmen ein Massenausgleichsgetriebe einzubauen. Dieses Massenausgleichsgetriebe ermöglicht es, je nach der Ausgestaltung der Brennkraftmaschine hinsichtlich der Zylinderzahl und der Anordnung der Zylinder die auftretenden freien Kräfte und freien Momente der jeweils ersten Ordnung und zweiten Ordnung auszugleichen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, die eine Fördereinrichtung insbesondere für Kraftstoff aufweist, die bei geringem Platzbedarf und Systemgewicht kostengünstig an der Brennkraftmaschine verbaubar ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Welle eine Ausgleichswelle zum Ausgleich von durch den Betrieb der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Massenkräften und/oder Massenmomenten ist. Zumindest eine Ausgleichswelle ist heute bei insbesondere vierzylindrigen Reihenbrennkraftmaschinen, die zum Antrieb von Kraftfahrzeugen, landwirtschaftlichen Maschinen und/oder Baumaschinen eingesetzt werden, standardmäßig vorhanden. Die Lagerung einer solchen Ausgleichswelle ist hinreichend dimensioniert, dass diese ohne Änderungen die von der Fördereinrichtung hervorgerufenen Kräfte und Momente aufnehmen kann. Im Ergebnis braucht für den Antrieb der Fördereinrichtung keine eigene Antriebswelle insbesondere in Form einer Nockenwelle verwendet werden. Dadurch ist der Platzbedarf für die Fördereinrichtung gegenüber konventionellen Lösungen verringert und zusätzlich kann durch den Entfall einer eigenständigen Welle zum Antrieb der Fördereinrichtung das Systemgewicht der entsprechenden Brennkraftmaschine gesenkt werden. Zudem kann eine derartig ausgebildete Brennkraftmaschine allein durch den Entfall einer zusätzlichen Welle kostengünstiger produziert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist die Fördereinrichtung eine Hochdruckpumpe. Diese Hochdruckpumpe ist in weiterer Ausgestaltung Teil eines Common-Rail-Einspritzsystems einer Brennkraftmaschine, bei dem die Hochdruckpumpe einen Hochdruckspeicher mit Kraftstoff befüllt und wobei der Kraftstoff aus dem Hochdruckspeicher von Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen in zugeordneten Brennräumen der Brennkraftmaschine entnommen wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ausgleichswelle ein Teil eines Massenausgleichswellengetriebes. Ein solches Massenausgleichswellengetriebe weist in der Regel zwei gegenläufige Wellen auf, die von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine insbesondere über Zahnräder angetrieben werden. Dabei wird normalerweise die erste Ausgleichswelle direkt von der Kurbelwelle mit halber Kurbelwellendrehzahl angetrieben, während die zweite Ausgleichswelle über ein Zwischenrad zur Drehrichtungsumkehr von der Kurbelwelle oder aber direkt von der ersten Ausgleichswelle angetrieben wird.
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In Weiterbildung der Erfindung sind die Ausgleichswelle und/oder das Massenausgleichswellengetriebe an das Kurbelgehäuse angebaut. Dabei ist die Ausgleichswelle häufig seitlich am Kurbelgehäuse angeordnet, so dass diese von der Fördereinrichtung zusammen mit gegebenenfalls einem Adaptionsgehäuse leicht erreichbar und auch leicht montierbar ist.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ausgleichswelle und/oder das Massenausgleichswellengetriebe in eine Ölwanne der Brennkraftmaschine integriert oder in ein nachfolgend noch detaillierter beschriebenes eigenes Ausgleichswellengehäuse eingebaut, das wiederum in die Ölwanne hineinragen kann. Dabei kann das Massenausgleichswellengetriebe beispielsweise als sogenanntes Lanchester-Massenausgleichswellengetriebe ausgebildet sein, wobei bei einem solchen Massenausgleichswellengetriebe zwei Ausgleichswellen verbaut sind. Eine solche Ausgleichswelle und/oder ein solches Massenausgleichswellengetriebe besitzt schon heute eine ausreichend robuste Lagerung, so dass ein zusätzlich auftretendes Spitzenmoment, das von der Fördereinrichtung in Form einer Hochdruckpumpe im Bereich von ca. 70 Newtonmeter liegt, problemlos aufgenommen werden kann. Im Übrigen kann das so ausgebildete Massenausgleichswellengetriebe auch außerhalb der Ölwanne, beispielsweise seitlich an der Brennkraftmaschine, angebaut sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Ausgleichswelle und/oder das Massenausgleichswellengetriebe in ein Ausgleichswellengehäuse eingebaut. Dabei ist wiederum in vorteilhafter Weiterbildung das Ausgleichswellengehäuse aus Aluminium gefertigt. Diese Ausgestaltung ist kostengünstig und mit einem geringen Systemgewicht umsetzbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich neben der Fördereinrichtung eine Vakuumpumpe angeordnet. Eine Vakuumpumpe wird insbesondere beim Einsatz der Brennkraftmaschine in Fahrzeugen benötigt, um beispielsweise eine Unterdruckerzeugung für einen Bremskraftverstärker zu ermöglichen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist im Bereich neben der Fördereinrichtung eine Kraftstoffniederdruckpumpe angeordnet. Eine Kraftstoffniederdruckpumpe wird zur Kraftstoffversorgung der Hochdruckpumpe eingesetzt, wobei die Kraftstoffniederdruckpumpe den Kraftstoff aus einem Tank gegebenenfalls über eine Filtereinrichtung zu der Kraftstoffhochdruckpumpe fördert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Fördereinrichtung ein elektrisch betätigtes Saugventil auf. Grundsätzlich kann das Saugventil auch als selbsttätig öffnendes und schließendes (mechanisches) Saugventil ausgebildet sein, wobei aber die elektrische Ansteuerung des elektrisch betätigbaren Saugventils durch die direkte Integration der Fördereinrichtung an die Brennkraftmaschine problemlos über das entsprechend ergänzte elektronische Motorsteuergerät möglich ist.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine Schnittdarstellung eines in eine Ölwanne einer Brennkraftmaschine eingebauten Ausgleichswellengetriebes, an das eine zusätzliche Fördereinrichtung angebaut ist,
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2 eine Schnittdarstellung einer Ausgleichswelle, die seitlich an ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine angebaut ist und wobei von der Ausgleichwelle eine Fördereinrichtung angetrieben wird und
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3 eine weitere Schnittdarstellung einer Ausgleichswelle gemäß 2 in Richtung auf ein Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine.
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Ausführungsform der Erfindung
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1 zeigt eine Ölwanne 1 einer Brennkraftmaschine, wobei in die Ölwanne 1 ein Massenausgleichsgetriebe 2 zum Ausgleich der durch den Betrieb der Brennkraftmaschine hervorgerufenen Massenkräfte und/oder Massenmomente eingebaut ist. Das Massenausgleichswellengetriebe 2 weist eine erste Ausgleichswelle 3 und eine zweite Ausgleichswelle 4 auf. Die erste Ausgleichswelle 3 wird über ein Zwischenrad von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mittels eines Antriebszahnrads 5 angetrieben. Die erste Ausgleichswelle 3 weist ein etwa mittig auf der ersten Ausgleichswelle 3 angeordnetes Abtriebszahnrad 6 auf, das mit einem auf der zweiten Ausgleichswelle 4 an gleicher Stelle angeordneten Wellenantriebszahnrad 7 kämmt. Das Übersetzungsverhältnis zwischen der ersten Ausgleichswelle 3 und der zweiten Ausgleichswelle 4 ist im Normalfall 1:1. Das Zwischenrad, über das die erste Ausgleichswelle 3 von der Kurbelwelle angetrieben wird, ist vorgesehen, um einen Höhenversatz des Massenausgleichswellengetriebes 2 zu der Kurbelwelle zu überbrücken und kann daher auch entfallen. Grundsätzlich kann der Antrieb der Ausgleichswellen 3, 4 einzeln oder kombiniert auch über einen Kettenantrieb oder einen Zahnriemenantrieb erfolgen.
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Von den beiden Ausgleichswellen 3, 4 dreht sich eine Ausgleichswelle in der Drehrichtung der Kurbelwelle und die zweite Ausgleichswelle in Gegenrichtung zu der Kurbelwelle. Ein solcher Massenausgleich mit zwei Ausgleichswellen ist unter dem Fachbegriff Lanchester-Ausgleich bekannt und beispielsweise bei vierzylindrigen Brennkraftmaschinen verbaut. Das Massenausgleichswellengetriebe 2 ist in ein Ausgleichswellengehäuse 8 eingebaut, das in die Ölwanne 1 hineinragt oder aber auch direkt in die Ölwanne 1 integriert ist. Das Ausgleichswellengehäuse 8 ist vorzugsweise aus Aluminiumguss hergestellt und wiederum vorzugsweise mit dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verschraubt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, das Massenausgleichswellengetriebe 2 optional an einer Brennkraftmaschine zu verbauen. Die erste Ausgleichswelle 3 sowie die zweite Ausgleichswelle 4 weisen jeweils zwei Lagerstellen 9a, 9b auf, die ölgeschmierte Gleitlagerschalen 10a, 10b umfassen. Die Gleitlagerschalen 10a, 10b weisen Ölführungsbohrungen 11a, 11b auf, die mit in dem Augleichswellengehäuse 8 eingelassenen Ölzuführungskanälen 12a, 12b verbunden sind. Im Bereich neben dem Abtriebszahnrad 6 und dem Wellenantriebszahnrad 7 weisen die erste Ausgleichswelle 3 und die zweite Ausgleichswelle 4 jeweils ein Ausgleichsgewicht 13a, 13b auf, das bevorzugt als einseitig an die jeweilige Ausgleichswelle 3, 4 angegossene Materialanhäufung der aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere einem Gusswerkstoff, hergestellten Ausgleichswelle 3, 4 besteht.
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In dem Ausführungsbeispiel weist die zweite Ausgleichswelle 4 im Bereich neben der Lagerstelle 9a und dem Wellenantriebszahnrad 7 einen Nocken 14 auf, der als Einfach- oder Mehrfach-Nocken ausgebildet sein kann. Auf diesem Nocken 14 rollt eine Laufrolle 15 eines Rollenstößels 16 einer als Hochdruckpumpe 17 ausgebildeten Fördervorrichtung für Kraftstoff ab. Die Hochdruckpumpe 17 ist Teil eines Common-Rail-Einspritzsystems, das Diesel-Kraftstoff in einen Hochdruckspeicher fördert. Grundsätzlich kann die Hochdruckpumpe 17 aber auch ein Teil eines Einspritzsystems sein, das Benzin-Kraftstoff fördert.
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Ein den Rollenstößel 16 aufnehmendes Gehäuseteil 19 ist in das Ausgleichswellengehäuse 8 integriert und schließt in dem Ausführungsbeispiel bündig mit einem Durchbruch 20 in der Ölwanne 1 ab. Der Durchbruch 20 ist gegenüber dem Gehäuseteil 19 durch eine Dichtung 21 abgedichtet.
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In das Gehäuseteil 19 sind Schmierölkanäle 22a, 22b eingelassen. Der Schmierölkanal 22a ist mit dem Ölzuführungskanal 12a und einem externen Anschluss 23 verbunden, der über eine weiterführende Leitung mit einem Ölfilter, der an der Brennkraftmaschine angebaut ist, verbunden ist. Diesem Ölfilter wird Schmieröl zugeführt, das von einer stirnseitig neben der Hochdruckpumpe 17 angeordneten und ebenfalls von der zweiten Ausgleichswelle 4 angetriebenen Ölpumpe 24 gefördert wird. Dazu ist in das Ausgleichswellengehäuse 8 ein Saugkanal 25 eingelassen, der in die Ölwanne 1 einmündet oder mit einem weiterführenden Kanal in der Ölwanne 1, der wiederum auf dem Ölwannenboden mündet, verbunden ist. Das von der Ölpumpe 24 geförderte Schmieröl wird über eine Druckleitung 26 in eine externe Verbindungsleitung zu dem Ölfilter geleitet. In diese Leitung kann auch vor oder hinter dem Ölfilter ein Ölkühler eingebaut sein. Dabei sind diese Leitungen, sofern diese mit dem Ölfilter beziehungsweise dem Ölkühler verbunden sind, in geeigneter Weise aus dem Ausgleichswellengehäuse 8 beziehungsweise der Ölwanne 1 herausgeführt und wieder hereingeführt.
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Der Rollenstößel 16 weist einen die Laufrolle 15 tragenden Rollenschuh 27 auf, in dem ein Ölkanal 28 zur Schmierölversorgung der zu schmierenden Stellen des Rollenstößels 16 eingelassen ist. Der Rollenstößel 16 wirkt mit einem Pumpenplunger 29 zusammen, der in einer Plungerbohrung eines Pumpenzylinders 30 bei einer Drehbewegung der zweiten Ausgleichswelle 4 auf und ab bewegt wird und der einen Pumpenarbeitsraum 31 begrenzt. Der Pumpenarbeitsraum 31 weist einen seitlichen Hochdruckanschluss 32 mit einem eingebauten Rückschlagventil auf, wobei der Hochdruckanschluss 32 über eine Hochdruckleitung mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist.
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In Verlängerung des Pumpenplungers 29 ist in einem Einschraubstopfen 33, der mit dem Pumpenzylinder 30 dichtend verschraubt ist, ein Saugventil 34 eingesetzt. Das Saugventil 34 weist einen oberhalb des Hochdruckanschlusses 32 angeordneten Sauganschluss 35 auf, über den dem Saugventil 34 Kraftstoff zugeführt wird. Das Saugventil 34 weist einen elektrisch betätigten Ventilbolzen 36 auf, über den gesteuert Kraftstoff in den Pumpenarbeitsraum 31 zugeführt werden kann. Der Ventilbolzen 36 kann aber auch nur federbelastet sein und somit mechanisch selbsttätig öffnend und schließend ausgebildet sein. Der Sauganschluss 35 ist über eine nicht dargestellte Kraftstoffleitung mit einem Kraftstoffanschluss 37 einer Kraftstoffniederdruckpumpe 38 verbunden, die als externe Pumpe oder aber an der Ölwanne 1 oder einem stirnseitigen Deckel 39 befestigt sein kann und beispielsweise als elektrisch betriebene Zahnradpumpe ausgebildet sein kann.
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Neben der Ölpumpe 24 ist eine Vakuumpumpe 40 an dem Ausgleichswellengehäuse 8 oder der Ölwanne 1 angebracht, die ebenfalls von der zweiten Ausgleichswelle 4 betätigt wird. Die Vakuumpumpe 40 weist einen Anschluss 41 auf, der beispielsweise mit einem extern verbauten Bremskraftverstärker eines Fahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, verbunden ist.
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Alternativ zu dem Anbau der Hochdruckpumpe 17 an der zweiten Ausgleichswelle 4 kann diese auch auf der gegenüberliegenden Seite an der ersten Ausgleichswelle 3 angeordnet sein, was durch den strichlinierten Block 18 dargestellt ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 und 3 ist die Hochdruckpumpe 17 in ein Adaptionsgehäuse 42 eingebaut, wobei das Adaptionsgehäuse 42 seitlich an einem Kurbelgehäuse 43 befestigt ist. Das Adaptionsgehäuse 42 stellt gleichzeitig eine äußere Gehäuseabdeckung einer Ausgleichswelle 44 dar, wobei die Ausgleichwelle 44 dem gleichen Aufbau wie die zweite Ausgleichswelle 4 gemäß dem Ausführungsbeispiel aus 1 aufweist. In diesem Fall wird allerdings das Wellenantriebszahnrad 7 der Ausgleichswelle 44 gegebenenfalls über ein Zwischenrad von der Kurbelwelle oder einer anderen Welle der Brennkraftmaschine angetrieben.
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Die Hochdruckpumpe 17 weist einen weitgehend dem Aufbau der aus 1 bekannten Hochdruckpumpe 17 entsprechenden Aufbau auf, so dass hier nur wesentliche Unterscheidungsmerkmale beschrieben sind.
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In das Adaptionsgehäuse 42 ist ein Ölzuführungskanal 45 eingelassen, der Ölführungskanäle 46a, 46b mit Öl versorgt. Die Ölführungskanäle 46a, 46b sind in geeigneter Weise mit den Ölführungsbohrungen 11a, 11b der Lagerstellen 9a, 9b der Ausgleichswelle 44 und dem in dem Rollenschuh 27 eingelassenen Ölkanal 28 verbunden. Bei dieser Hochdruckpumpe 17 sind der Sauganschluss 35 und der Hochdruckanschluss 32 auf gegenüberliegenden Seiten des Pumpenzylinders 30 angeordnet, während auch hier das Saugventil 34 in einen Einschraubstopfen 33 eingelassen ist. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist hier das Saugventil 34 als selbsttätig wirkendes mechanisches Saugventil ausgebildet, bei dem der Ventilbolzen 36 von einer Feder 47 im Ruhezustand der Hochdruckpumpe 17 in der geschlossenen Stellung gehalten wird.
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3 zeigt eine Aufsicht auf das Kurbelgehäuse 43 der Brennkraftmaschine im Bereich des anzubauenden Adaptionsgehäuses 42. Die Ausgleichswelle 44 ist im Bereich der Trennfuge zwischen dem Kurbelgehäuse 43 und dem Adaptionsgehäuse 42 angeordnet. Im Bereich neben den Lagerstellen 9a, 9b der Ausgleichswelle 44 sind Gewindebohrungen 48 in das Kurbelgehäuse 43 eingelassen, in die Befestigungsschrauben zur Befestigung des Adaptionsgehäuses 42 an dem Kurbelgehäuse 43 einschraubbar sind. In die Trennebene zwischen dem Adaptionsgehäuse und dem Kurbelgehäuse 43 ist eine Dichtung einfügbar. Parallel zu der Ausgleichswelle 44 ist in dem Kurbelgehäuse 43 eine Kurbelwelle 49 der Brennkraftmaschine gelagert, die Ausgleichsgewichte 50 aufweisen kann. Die Ausgleichsgewichte 50 sind zum Ausgleich von Massenkräften der ersten Ordnung bestimmt.
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Eine Ausgleichswelle 44 kann auf nur einer Längsseite des Kurbelgehäuses 43 der Brennkraftmaschine oder aber bevorzugt auf beiden gegenüberliegenden Längsseiten des Kurbelgehäuses 43 der Brennkraftmaschine angeordnet sein, so dass auch bei dieser Ausführungsform ein Lanchester-Ausgleich realisiert ist.
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Weiterhin kann die Hochdruckpumpe 17 unter einem Winkel zur Brennkraftmaschinen-Zylinderachse ausgerichtet sein, wodurch weitere Bauraumvorteile erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008008259 A1 [0002]
- DE 102006007421 A1 [0003]
