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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Motorentechnik in Fahrzeugen, insbesondere einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung und dessen Stößel.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Die Kraftstoffeinspritzung in Motoren wird unterteilt in die zwei Methoden der Einspritzung außerhalb des Zylinders und der Direkteinspritzung im Zylinder. Bei der Einspritzung außerhalb des Zylinders wird der Kraftstoff in den Ansaugluftweg eingespritzt und nach dem Mischen mit der Ansaugluft weiter in den Zylinder geleitet. Bei der Zylinderdirekteinspritzung wird der Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt. Da die Kraftstoffeinspritzmethode der Zylinderdirekteinspritzung sehr vorteilhaft für die Verbesserung der Kraftstoffeffizienz und der Kraftübertragung ist, verwenden heute immer mehr Fahrzeuge Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung.
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Die Kraftstoffeinspritzsysteme von Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung umfassen eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe, ein über eine Kraftstoffleitung mit der Hochdruck-Kraftstoffpumpe verbundenes Kraftstoff-Rail sowie mit dem Kraftstoff-Rail verbundene Injektoren. Nach dem Starten eines Motors mit Zylinderdirekteinspritzung wird der Kraftstoff der Reihe nach über die Hochdruck-Kraftstoffpumpe, das Kraftstoff-Rail und die Injektoren in die Zylinder eingespritzt. Dabei kann der Zylinder in der Hochdruck-Kraftstoffpumpe unter der Antriebswirkung des Stößels eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ausführen und die Antriebskraft für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe bereitstellen. Der Stößel ist zwischen dem Kolben der Hochdruck-Kraftstoffpumpe und dem Nocken der Nockenwelle angeordnet und das eine Axialende des Stößels wird in ein Durchgangsloch am Zylinderkopf des Motors mit Zylinderdirekteinspritzung gesteckt. Beim Starten des Motors mit Zylinderdirekteinspritzung rotiert die Nockenwelle, der Nocken treibt den Stößel an, sodass dieser im Durchgangsloch des Zylinderkopfs eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ausführt und der Stößel treibt den Kolben zur Ausführung einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung an.
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Bei der realen Anwendung stellt man allerdings fest, dass Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung im Betrieb relativ starke Geräusche und heftige Vibrationen erzeugen, was dazu führt, dass die NVH-Eigenschaften (Noise Vibration Harshness-Geräusch, Vibration, Rauheit) des Fahrzeugs nicht optimal sind.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Die von der vorliegenden Erfindung zu lösende Aufgabe betrifft die relativ starken Geräusche und heftigen Vibrationen, die im Betrieb von Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung nach dem Stand der Technik entstehen und die zu mangelhaften NVH-Eigenschaften des Fahrzeugs führen.
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Um die oben stehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen Stößel für einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung bereit, wobei der Stößel zwischen dem Nocken einer Nockenwelle und dem Kolben einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe angeordnet wird, das eine Axialende des Stößels in ein Durchgangsloch am Zylinderkopf eines Motors mit Zylinderdirekteinspritzung gesteckt wird und der Stößel im Durchgangsloch eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ausführen kann; wobei an der Außenumfangsfläche des einen Axialendes mehrere Hydrodynamiknuten angeordnet sind, die Hydrodynamiknuten verwendet werden, um ein Schmieröl aufzunehmen und der Stößel bei der Ausführung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung im Durchgangsloch durch die Wirkung des hydrodynamischen Effekts von der Lochwand des Durchgangslochs getrennt werden kann.
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Wahlweise sind die Seitenwände der Hydrodynamiknuten zur Tiefenrichtung der Hydrodynamiknuten nicht parallel.
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Wahlweise weisen die Hydrodynamiknuten eine Halbkugelform auf.
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Wahlweise sind mehrere Hydrodynamiknuten entlang der Umfangsrichtung des Stößels mit Zwischenräumen verteilt.
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Wahlweise weist das andere Axialende des Stößels eine drehbare Rolle auf, wobei die Rolle und der Nocken einer Nockenwelle aneinander abgestützt sind.
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Außerdem stellt die vorliegende Erfindung einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung bereit, umfassend einen Zylinderkopf, welcher ein Durchgangsloch aufweist; und verwendet wird, um den Stößel zwischen dem Nocken einer Nockenwelle und dem Kolben einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe anzuordnen, wobei das eine Axialende des Stößels in das Durchgangsloch gesteckt wird; an der Lochwand des Durchgangslochs und / oder an der Außenumfangsfläche des einen Axialendes des Stößels mehrere Hydrodynamiknuten angeordnet sind, die Hydrodynamiknuten verwendet werden, um ein Schmieröl aufzunehmen und der Stößel bei der Ausführung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung im Durchgangsloch durch die Wirkung des hydrodynamischen Effekts von der Lochwand des Durchgangslochs getrennt werden kann.
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Wahlweise sind die Seitenwände der Hydrodynamiknuten zur Tiefenrichtung der Hydrodynamiknuten nicht parallel.
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Wahlweise weisen die Hydrodynamiknuten eine Halbkugelform auf.
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Wahlweise sind mehrere Hydrodynamiknuten entlang der Umfangsrichtung des Stößels oder des Durchgangslochs mit Zwischenräumen verteilt.
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Wahlweise weist das andere Axialende des Stößels eine drehbare Rolle auf, wobei die Rolle und der Nocken einer Nockenwelle aneinander abgestützt sind.
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Im Vergleich zum Stand der Technik besitzt die technische Lösung der vorliegenden Erfindung folgende Vorteile:
An der Außenumfangsfläche des einen Axialendes des Stößels, der in ein Durchgangsloch am Zylinderkopf eines Motors mit Zylinderdirekteinspritzung gesteckt wird oder an der Lochwand des Durchgangslochs sind mehrere Hydrodynamiknuten angeordnet. Nach dem Starten des Motors mit Zylinderdirekteinspritzung führt der Stößel im Durchgangsloch eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung aus und unter der Wirkung des hydrodynamischen Effekts bildet das Schmieröl in den Hydrodynamiknuten zwischen dem Stößel und der Lochwand des Durchgangslochs einen Ölfilm, der Ölfilm stellt für beide eine Schmierung bereit und trennt den Stößel von der Lochwand des Durchgangslochs und verhindert so, dass der Stößel gegen die Lochwand des Durchgangslochs stößt und verringert damit nicht nur die in dem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung entstehenden Geräusche und Vibrationen, sondert verhindert auch, dass am Stößel ein Abrieb entsteht und erhöht somit die Zuverlässigkeit des Stößels. Darüber hinaus besitzt der Ölfilm zwischen dem Stößel und der Lochwand des Durchgangslochs noch eine Dämpfungsfunktion und ist in der Lage, einen Teil der Vibrationen zu absorbieren, womit er in einem weiteren Schritt die in dem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung entstehenden Geräusche und Vibrationen verringert.
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Beschreibung der beigefügten Figuren
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1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Stößels für einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt eine Schnittflächendarstellung einer Hydrodynamiknut des in 1 gezeigten Stößels.
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Ausführungsformen
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Wie oben erwähnt entstehen im Betrieb von Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung nach dem Stand der Technik relativ starke Geräusche und heftige Vibrationen, die zu mangelhaften NVH-Eigenschaften des Fahrzeugs führen.
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Ein Motor mit Zylinderdirekteinspritzung ist eine äußerst komplizierte mechanische Einheit, die viele bewegliche Bauteile umfasst und somit gibt es auch viele Ursachen, die zur Entstehung von Geräuschen und Vibrationen an einem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung führen können. Außerdem führen viele bewegliche Bauteile ihre Bewegung im Innern des Motors aus und lassen sich außerhalb des Motors nicht beobachten. Daher gibt es bei der Suche nach den tatsächlichen Ursachen, die zur Entstehung von Geräuschen und Vibrationen an einem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung führen können, viele Schwierigkeiten.
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Der Anmelder hat in umfangreichen Untersuchungen festgestellt, dass die Quelle für die Entstehung relativ starker Geräusche und heftiger Vibrationen im Betrieb von Motoren mit Zylinderdirekteinspritzung die Anordnung des Stößels zwischen dem Nocken der Nockenwelle und dem Kolben der Hochdruck-Kraftstoffpumpe ist. Außerdem haben weiterführende Untersuchungen ergeben, dass die Ursache für die durch den Stößel verursachten relativ starken Geräusche und heftigen Vibrationen die häufig unzureichende Schmierung zwischen der Außenumfangsfläche des Stößels und der Lochwand des Durchgangslochs am Zylinderkopf ist, wodurch der Stößel bei der Ausführung der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung im Durchgangsloch leicht gegen die Lochwand des Durchgangslochs stößt und dadurch die Geräusche und Vibrationen entstehen. Außerdem entsteht dadurch, dass die Außenumfangsfläche des Stößels und die Lochwand des Durchgangslochs am Zylinderkopf wegen der unzureichenden Schmierung direkt in Kontakt kommen, an den Kontaktstellen des Stößels und der Lochwand leicht ein Abrieb, wodurch die Zuverlässigkeit des Stößels sinkt.
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Um die oben stehenden Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung einen verbesserten Stößel bzw. einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung bereit, bei dem an der Außenumfangsfläche des in das Durchgangsloch am Zylinderkopf des Motors mit Zylinderdirekteinspritzung gesteckten Axialendes des Stößels oder an der Lochwand des Durchgangslochs mehrere Hydrodynamiknuten angeordnet sind und unter Ausnutzung des hydrodynamischen Effekts die an dem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung entstehenden Geräusche und Vibrationen verringert und das Auftreten von Abrieb am Stößel verhindert werden.
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Um die Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung noch deutlicher und verständlicher zu machen, werden im Folgenden in Verbindung mit den beigefügten Figuren die konkreten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel stellt einen Motor mit Zylinderdirekteinspritzung bereit, der einen Zylinderkopf umfasst, an dem ein Durchgangsloch angeordnet ist sowie, wie in 1 gezeigt, einen Stößel 1 zur Anordnung zwischen dem Nocken einer Nockenwelle und dem Kolben einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, wobei das eine Axialende des Stößels 1 in das Durchgangsloch gesteckt wird und der Stößel 1 im Durchgangsloch eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung ausführen kann, um den Kolben zur Ausführung einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung anzutreiben und somit die Antriebskraft für die Hochdruck-Kraftstoffpumpe bereitzustellen.
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An der Außenumfangsfläche des in das Durchgangsloch des Zylinderkopfs gesteckten Axialendes des Stößels 1 sind mehrere Hydrodynamiknuten 2 angeordnet, wobei die Hydrodynamiknuten 2 zur Aufnahme eines Schmieröls verwendet werden. Wenn sich der Stößel 1 im Durchgangsloch des Zylinderkopfs in Ruhe befindet, hat der Stößel 1 Kontakt zur Lochwand des Durchgangslochs. Nach dem Starten des Motors mit Zylinderdirekteinspritzung führt der Stößel 1 im Durchgangsloch eine Vorwärts- und Rückwärtsbewegung aus und unter der Wirkung des hydrodynamischen Effekts bildet das Schmieröl in den Hydrodynamiknuten 2 zwischen dem Stößel 1 und der Lochwand des Durchgangslochs einen Ölfilm, der Ölfilm stellt für beide eine Schmierung bereit und trennt den Stößel 1 von der Lochwand des Durchgangslochs und verhindert so, dass der Stößel 1 gegen die Lochwand des Durchgangslochs stößt und verringert damit nicht nur die in dem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung entstehenden Geräusche und Vibrationen, sondern verhindert auch, dass am Stößel 1 ein Abrieb entsteht und erhöht somit die Zuverlässigkeit des Stößels. Darüber hinaus besitzt der Ölfilm zwischen dem Stößel 1 und der Lochwand des Durchgangslochs noch eine Dämpfungsfunktion und ist in der Lage, einen Teil der Vibrationen zu absorbieren, womit er in einem weiteren Schritt die in dem Motor mit Zylinderdirekteinspritzung entstehenden Geräusche und Vibrationen verringert.
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Wie in 2 gezeigt, hat die Form der Seitenwände S der Hydrodynamiknuten 2 (d. h. die entlang der Tiefenrichtung der Hydrodynamiknuten erstreckte Oberfläche) einen direkten Einfluss auf die Wirksamkeit des hydrodynamischen Effekts. Vorzugsweise sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Seitenwände S der Hydrodynamiknuten 2 zur Tiefenrichtung der Hydrodynamiknuten 2 nicht parallel (d. h. die Seitenwände S weisen keine senkrechte Form auf), wobei die Tiefenrichtung der Hydrodynamiknuten 2 der Radialrichtung des Stößels 1 entspricht und die Radialrichtung senkrecht die Mittellinie des Stößels 1 schneidet. Im Vergleich mit einer technischen Lösung, bei der die Seitenwände S der Hydrodynamiknuten 2 in senkrechter Form angeordnet sind, kann sich bei Hydrodynamiknuten 2, deren Seitenwände S eine nicht senkrechte Form aufweisen, leichter ein Ölfilm zwischen dem Stößel 1 und den Lochwänden des Durchgangslochs bilden und dieser Ölfilm kann mit größerer Wahrscheinlichkeit erreichen, dass der Stößel 1 an jeder Stelle in einem von der Lochwand des Durchgangslochs getrennten Zustand bleibt. Außerdem sind Hydrodynamiknuten 2 mit nicht senkrechten Seitenwänden S leichter zu bearbeiten und es bilden sich nicht so leicht Spannungskonzentrationen im Bereich der Bodenwand, womit die mechanische Festigkeit des Stößels 1 erhöht wird.
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Im konkreten Ausführungsbeispiel weisen die Hydrodynamiknuten 2 eine Halbkugelform auf, sodass in diesem Fall die halbkugelförmigen Hydrodynamiknuten 2 durch kräftiges Pressen der Außenumfangsfläche des Stößels 1 mit einem kugelförmigen Objekt geformt werden können. In einem Änderungsbeispiel zum vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Hydrodynamiknuten 2 auch mit einer Halbellipsoidform, einer Kegelform oder anderen Formen angeordnet werden. Es muss gesagt werden, dass in der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung die Hydrodynamiknuten 2 in jeglicher Form angeordnet werden können und dass ihre Form nicht auf jene in dem angegebenen Ausführungsbeispiel beschränkt ist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind, weiterhin wie in 1 gezeigt, mehrere Hydrodynamiknuten 2 entlang der Umfangsrichtung des Stößels 1 mit Zwischenräumen verteilt, sodass bei der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Stößels 1 an jeder Stelle der Außenumfangsfläche des Stößels 1 ein Ölfilm gebildet wird und gewährleistet werden kann, dass der Stößel 1 an jeder Stelle in einem von der Lochwand des Durchgangslochs getrennten Zustand bleibt.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist am anderen Axialende des Stößels 1 eine drehbare Rolle 3 angeordnet, wobei die drehbare Rolle 3 und der Nocken einer Nockenwelle sich aneinander abstützen und ein solcher, eine Rolle 3 aufweisender Stößel 1 als Rollenstößel bezeichnet wird. Es muss gesagt werden, dass in der technischen Lösung der vorliegenden Erfindung der Typ des Stößels 1 nicht auf einen Rollenstößel beschränkt ist, sondern ein beliebiger Typ sein kann.
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In einem Änderungsbeispiel zum vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hydrodynamiknuten nicht an der Außenumfangsfläche des Stößels angeordnet, sondern an der Lochwand des Durchgangslochs des Zylinderkopfs. In einem anderen Änderungsbeispiel zum vorliegenden Ausführungsbeispiel sind sowohl an der Außenumfangsfläche des Stößels als auch an der Lochwand des Durchgangslochs Hydrodynamiknuten angeordnet. Auf der Grundlage der gleichen technischen Prinzipien wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann mit den technischen Lösungen der beiden Änderungsbeispiele die gleiche technische Wirkung erzielt werden, wie in dem oben stehenden Ausführungsbeispiel angegeben und es wird hier darauf nicht erneut eingegangen. Bei einer Anordnung der Hydrodynamiknuten an der Lochwand des Durchgangslochs am Zylinderkopf wird für ihre Form und Verteilungsmethode auf das oben stehende Ausführungsbeispiel verwiesen und hier darauf nicht erneut eingegangen. Bei einer Anordnung der Hydrodynamiknuten am Stößel sind deren Bearbeitungsmethoden gegenüber den Bearbeitungsmethoden von am Durchgangsloch des Zylinderkopfs angeordneten Hydrodynamiknuten noch einfacher.
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Obwohl die vorliegende Erfindung wie oben stehend offengelegt wurde, ist die vorliegende Erfindung doch nicht hierauf beschränkt. Ein beliebiger Fachmann des technischen Gebiets kann, ohne den Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, alle Arten von Veränderungen und Korrekturen vornehmen und deshalb gilt als Schutzumfang der vorliegenden Erfindung der in den Patentansprüchen festgelegte Umfang.
