DE19719265A1 - Einspritzsystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kurbelge­ häuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumin­ dest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kol­ ben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Brennraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist, und dem Brennraum Verbren­ nungsluft und Kraftstoff zuführbar sind, wobei der Kraftstoff von einer einem Einspritzventil zugeordneten in das Kurbelgehäuse eingesetz­ ten Kraftstofförderpumpe mit einem Rollenstößel förderbar ist,

Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE-39 10 794 bekannt. Hier ist die Kraftstofförderpumpe als Einzelpumpenelement ausgebil­ det, das gehäuselos in das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine eingesetzt ist. Dadurch kann auf ein separates Pumpengehäuse ver­ zichtet werden, wobei der Fortfall des Pumpengehäuses insbesonde­ re einen relativ großen Außendurchmesser des Einzelpumpenelemen­ tes ermöglicht. Dadurch kann eine außerordentlich steife Einzelpum­ penelementkonstruktion mit entsprechenden hydraulischen Vorteilen erreicht werden. Dies sind wiederum insbesondere die erreichbaren hohen Förderdrucke, die im Bereich bis zu 2000 bar liegen. Dazu ist es allerdings erforderlich, das Einzelpumpenelement mit der erfor­ derlichen Präzision zu fertigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine mit einer Kraftstofförderpumpe bereitzustellen, die gegenüber dem Stand der Technik eine größere Variabilität aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kraftstofförderpumpe wahlweise ein gehäuselos in das Kurbelgehäuse eingesetztes Einzel­ pumpenelement oder das separate Förderelement für eine Reihen­ einspritzpumpe ist, und daß das Förderelement in einen Tragkörper eingesetzt ist, der in die Pumpenöffnung des Kurbelgehäuses einge­ setzt ist. Es ist bei unterschiedlichen Anforderungsprofilen an die Brennkraftmaschine so, daß unterschiedliche Anforderungen an die Kraftstofförderpumpe gestellt werden. So ist es so, daß beispielswei­ se zur Erfüllung der geltenden und zukünftigen Schadstoffemissions­ normen für Kraftfahrzeuge hohe Anforderungen an die Kraftstofför­ derpumpe gestellt werden, die durch das gehäuselos in das Kurbel­ gehäuse eingesetzte Einzelpumpenelement erfüllt werden. In anderen Fällen gelten diese hohen Anforderungen an die Emissionen (Abgas, Geräusch) nicht beziehungsweise sind leichter erfüllbar, wenn bei­ spielsweise die Brennkraftmaschine im Stationärbetrieb mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird. In diesem Fall wird dann die Brennkraftmaschine mit einer Kraftstofförderpumpe ausgestattet, die aus einem separaten Förderelement für eine Reiheneinspritzpumpe gebildet ist, das in einen Tragkörper eingesetzt ist, der in die Pum­ penöffnung des Kurbelgehäuses eingesetzt ist. Hierbei wird also auf in den verschiedensten Ausführungen zur Verfügung stehende Groß­ serienteile zurückgegriffen, die unter Verwendung eines Tragkörpers in die vorhandene Pumpenöffnung des Kurbelgehäuses eingesetzt werden. Damit ist es also so, daß vollkommen wahlfrei und ohne ir­ gendwelche konstruktiven Änderungen an dem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine oder dem Förderelement unterschiedliche Anfor­ derungen erfüllbar sind. Ein derartiger Tragkörper, der in erster Linie zum Ausgleich der unterschiedlichen Durchmesser von dem Einzel­ pumpenelement und dem Förderelement dient, ist einfach herstellbar und stellt somit nur einen geringen Mehraufwand da.

In Weiterbildung der Erfindung ist der Rollenstößel in eine Führungs­ buchse eingesetzt, wobei die Führungsbuchse ebenfalls in die Pum­ penöffnung eingesetzt ist. Hier ist es grundsätzlich so, daß auch der Rollenstößel, der bei Einsatz eines Einzelpumpenelementes einge­ setzt wird, bei Verwendung eines separaten Förderelementes ver­ wendet werden kann. Gegebenenfalls kann aber wegen der geringe­ ren Anforderungen an ein separates Förderelement auch auf baulich einfachere und kleinere Rollenstößel zurückgegriffen werden, die dann unter Verwendung einer Führungsbuchse in die Pumpenöffnung eingesetzt werden. Dadurch werden auch die bewegten Massen ge­ ringer, so daß die Pumpenfeder entsprechend vereinfacht und leichter ausgebildet sein kann.

In weiterer Ausgestaltung ist die Führungsbuchse in die Pumpenöff­ nung eingeklebt. Dies ist eine einfache Befestigungsmöglichkeit, die keine zusätzlichen Änderungen an dem Kurbelgehäuse bedarf. Selbstverständlich ist es hier auch möglich, die Führungsbuchse in geeigneter anderer Art und Weise, beispielsweise durch Einpressen zu befestigen.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Rollen­ stößel einen dünnwandigen topfförmigen Grundkörper aufweist, der mit einem Rollenkörper verbunden ist. Diese Ausbildung wird insbe­ sondere als Alternative zu der Lösung angesehen, bei der der Rol­ lenstößel in einer Führungsbuchse eingesetzt ist. Hierbei ist es dann so, daß der Rollenstößel mit dem dünnwandigen topfförmigen Grund­ körper soweit gewichtsoptimiert (insbesondere bei geringerer Bela­ stung) ist, daß bei dieser Ausbildung der Rollenstößel nicht oder nur unwesentlich schwerer als der in einer Führungsbuchse eingesetzte Rollenstößel ist. Bei dieser Ausbildung ist der dünnwandige topfför­ mige Grundkörper mit dem Rollenkörper vorzugsweise durch eine Reibschweißung verbunden.

In Weiterbildung der Erfindung ist zwischen einem mit dem Pumpen­ plunger zusammenwirkenden Federteller und dem Rollenstößel eine Hülse angeordnet. Diese Hülse ist zum Längenausgleich zwischen dem Federteller und dem Rollenstößel vorgesehen. Das heißt, diese Hülse kommt nur dann zum Einsatz, wenn zwischen dem Federteller und dem Rollenstößel ein Längenausgleich erforderlich ist. Sofern der Rollenstößel aus einem dünnwandigen Grundkörper und einem Rollenkörper zusammengesetzt ist, kann die Hülse mit in den Grund­ körper integriert werden. Es ist im Rahmen der Erfindung ebenfalls vorgesehene die Hülse mit dem Federteller einstückig auszubilden, wobei aber die separate Ausbildung der Hülse den Vorteil hat, daß dann auf Serienteile zurückgegriffen werden kann. Dabei ist dann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen dem Federteller und dem Rollenstößel oder der Hülse eine Ausgleichsscheibe einsetzbar. Diese Ausgleichsscheibe wird ähnlich wie eine Ventilspielausgleichs scheibe in verschiedenen Dicken bereitgehalten. Mit dieser Aus­ gleichsscheibe kann dann ein produktionsbedingter geringer Unter­ schied zwischen der Nockenwelle und der Auflagefläche für die Kraftstofförderpumpe an beziehungsweise auf dem Kurbelgehäuse ausgeglichen werden. Hierbei ist es gegebenenfalls möglich für diese Ausgleichsscheibe zuvor erwähnte passende Ventilspielausgleichs­ scheiben zu verwenden.

In Weiterbildung der Erfindung ist den Tragkörper eine interne oder in alternativer Ausgestaltung eine externe Kraftstoffversorgungsöffnung eingearbeitet. Hier wird die externe oder interne Kraftstoffversorgung entsprechend nach den speziellen Erfordernissen oder Gegebenhei­ ten der Brennkraftmaschine gewählt werden.

In Weiterbildung der Erfindung ist in den Tragkörper ein Anschlag für eine Fördermengenverstellhülse eingearbeitet. Gegen diesem An­ schlag wird die Fördermengen-Verstellhülse beispielsweise zur Ein­ stellung der O-Fördermenge von den einzelnen Förderelementen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine gedreht und dann mit der in Weiterbildung vorgesehenen Exzenterschraube die Plungerbüchse des Förderelementes entsprechend verdreht. Dabei ist es dann wie­ der so, daß hierfür an dem eigentlichen Förderelement keinerlei Än­ derung gegenüber dem Serienzustand vorgenommen werden muß. Im übrigen ist es so, daß der Tragkörper auf der Hochdruckseite des Förderelementes so ausgebildet sein kann, daß der Hochdruckan­ schluß zum Anschluß der Einspritzleitung in den Tragkörper einge­ schraubt sein kann oder aber zusammen mit dem Förderelement und dem Tragkörper mittels einer Befestigungspratze an dem Kurbelge­ häuse festgelegt sein kann.

In Weiterbildung der Erfindung weist die Verstellhülse Federarme auf, die mit dem Pumpenplunger zusammenwirken. Diese Federarme er­ möglichen bei einem festgegangenen Pumpenplunger, daß die Re­ gelstange, die die einzelnen Verstellhülsen einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine betätigt, nicht blockiert ist. Bei dem Förderele­ ment, bei dem der Pumpenplunger festgegangen ist, wird dann die nur kraftschlüssige Verbindung zwischen den Federarmen und dem Pumpenplunger aufgehoben, so daß die Verstellhülse ohne Verdre­ hung des Pumpenplungers verdreht werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der Zeich­ nungsbeschreibung zu entnehmen, in der in den Figuren dargestellte Ausführungsbeispiele näher beschrieben sind.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Einzelpumpenelement und einem in einer Führungs­ buchse geführten Rollenstößel,

Fig. 2 ein separates Förderelement, das in einem Tragkörper eingesetzt ist und mit einem in einer Führungsbuchse ein­ gesetzten Rollenstößel zusammenwirkt,

Fig. 3 ein Einzelpumpenelement, das mit einem topfförmig aus­ gebildeten Rollenstößel zusammenwirkt.

Zunächst einmal ist die Brennkraftmaschine eine selbstzündende, di­ rekteinspritzende Brennkraftmaschine in Reihen-Bauart oder in V-Bauart. In den Figuren ist ein Kurbelgehäuse 1 dargestellt, in das entsprechend der Zylinderzahl (beispielsweise 4 oder 6) Zylinder 2 eingearbeitet sind. Die Zylinder 2 weisen eine Zylinderlauffläche 3 auf, die auch als trockene oder nasse Laufbüchse ausgebildet sein kann. Zumindest im oberen Bereich der einzelnen Zylinder 2 sind Wassermäntel 4 vorgesehen, die von Kühlwasser durchströmt wer­ den. Unterhalb der Zylinder ist in Verlängerung der dargestellten Mittellinie eine nicht dargestellte Kurbelwelle angeordnet, die über einen einzigen Zahneingriff eine Nockenwelle 5 antreibt. Die Noc­ kenwelle 5 weist Nocken sowohl zur Gaswechselventilbetätigung je­ des Zylinders als auch Nocken 6 zur Betätigung von den einzelnen Zylindern 2 zugeordneten Kraftstofförderpumpen auf. Dabei sind sämtliche Nocken für eine Zylindereinheit direkt aneinander angeord­ net und werden im Bereich zwischen zwei Zylindern 2 gelagert. Durch den direkten Übergang ohne Einstiche und nur mit jeweils einer ge­ ringen Bearbeitungszugabe der einzelnen Nocken zueinander und auch der Nocken zu den Lagerbereichen zwischen den Zylindern er­ gibt sich eine steife Konstruktion, die hohe Einspritzförderdrücke er­ möglicht. Dieser grundsätzliche Aufbau ist bei allen dargestellten Ausführungsbeispielen identisch.

In Fig. 1 ist die Kraftstofförderpumpe für jeden Zylinder 2 ein Einzel­ pumpenelement 7, das gehäuselos in eine entsprechende Pumpen­ öffnung 8 des Kurbelgehäuses 1 eingesetzt und über eine oder meh­ rere Dichtungen 47 gegenüber diesem abgedichtet ist. Das Ein­ zelpumpenelement 7 weist eine Plungerbüchse 9 auf, die mittels eines angeformten oder aufgesetzten Befestigungsflansches 10 und Schrauben 11 mit dem Kurbelgehäuse 1 verschraubt ist. In die Plun­ gerbüchse 9 ist eine durchgehende Plungerbüchsenbohrung 12 ein­ gearbeitet, in die ein Pumpenplunger 13 eingesetzt ist. Der Pumpen­ plunger 13 begrenzt in der Plungerbüchsenbohrung 12 einen Druck­ raum 14, dem zu fördernder Kraftstoff über Leitungen 15a, 15b zu­ führbar ist. Die Leitung 15a mündet im Bereich des Befestigungsflan­ sches 10 und ist mit einer externen Kraftstoffversorgungsleitung, die entlang der Brennkraftmaschine verlegt ist, verbindbar. Der Pumpen­ plunger 13 weist eine nicht erkennbare Schrägkantensteuerung auf, mit der je nach Drehstellung des Pumpenplungers 13 die Verbindung zwischen der Leitung 15b und dem Druckraum 14 bezogen auf die Nockenstellung bei unterschiedlichen Drehstellungen verbindbar bzw. absperrbar ist. Sobald die Verbindung abgesperrt ist, fördert der Pumpenplunger 13 bei weiterer Förder-Bewegung Kraftstoff von dem Druckraum 14 über ein Anschlußstück 16 in eine Einspritzleitung zu einem Einspritzventil, von dem der Kraftstoff in den Brennraum des zugehörigen Zylinders 2 eingespritzt wird. In das Anschlußstück 16 ist je nach Ausführungsform ein Druckventil 17 eingesetzt. Dabei kann bei anderen Ausführungsformen aber ausdrücklich auf das Druck­ ventil 17 verzichtet werden und das Anschlußstück 16 ohne eine ent­ sprechende Aufnahmeöffnung ausgebildet sein. Diese Lösung bietet sich in erster Linie bei Einschaltung eines Magnetventils zur Steue­ rung des Förderbeginns und des Förderendes in den Hochdruckteil des Einspritzsystems an.

Axial bewegt der Pumpenplunger 13 über einen Rollenstößel 18, der mit einer Rolle 19 auf dem Nocken 6 abrollt. Der Rollenstößel 18 ist in einer Führungsbuchse 20 eingesetzt, die in einer Plungerbohrung 21 des Kurbelgehäuses 1 in Verlängerung der Kraftstofförderpum­ penbohrung 8 angeordnet ist. Der Rollenstößel 18 ist über einen Kanal 22 mit einer Ölbohrung 23 entlang der Brennkraftmaschine ver­ bunden. Der Rollenstößel 18 ist aus Gewichtsgründen hohl ausgebil­ det und weist auf dem zu der Rolle 19 gegenüberliegenden Ende eine Pfanne auf, in die ein Federteller 24 ggf. unter Einfügung einer Aus­ gleichsscheibe 25 eingesetzt ist. Der Federteller 24 ist auf einen ringförmigen Absatz 26 des Pumpenplungers 13 aufschiebbar und spannt die Pumpenfeder 27 zwischen einer Anlage 28 und eben dem Federteller 24. Die Anlage 28 wirkt mit der Plungerbüchse 9 zusam­ men, so daß der Pumpenplunger 13 bis zu einem Anschlag 29 an der Verstellhülse 30 verschoben werden kann. Hierzu weist der Pumpen­ plunger 13 eine ringförmige Erweiterung 31 auf, in die ein Stift 32 eingesetzt ist, der mit einer Nut 33 in der Verstellhülse 30 zusam­ menwirkt. Wird eine Regelstange 34 in Brennkraftmaschinenlängs­ richtung bewegt, verdreht diese über einen mit einer Bohrung in der Regelstange 34 zusammenwirkenden Verstellstift 35 die Verstellhülse 30 und diese ihrerseits über den Stift 32 den Pumpenplunger 13 und damit die Stellung der schrägen Steuerkante im Bezug zu der Leitung 15b.

Im wesentlichen Unterschied zu Fig. 1 ist die Kraftstofförderpumpe gemäß Fig. 2 für jeden Zylinder 2 ein separates Förderelement 36 einer Reiheneinspritzpumpe. Dieses Förderelement 36 ist in einen Tragkörper 37 eingesetzt und der Tragkörper 37 wird mittels eines Flansches 38 an dem Kurbelgehäuse 1 befestigt. Der weitere Aufbau des Förderelementes 36 entspricht grundsätzlich dem Ausführungs­ beispiel nach Fig. 1. Unterschiedlich ist hier, daß die Leitung 15b nicht durch eine weitere Leitung 15a nach außen geführt ist, sondern in einen Ringraum 39 einmündet, der beispielsweise über eine inter­ ne, das heißt im Kurbelgehäuse 1 angeordnete, Kraftstoffversorgung mit Kraftstoff beschickt wird. Weiterhin ist auch in dieser Ausführung ein Montagestift 40 vorgesehen, der in diesem Ausführungsbeispiel durch den Tragkörper 37 gesteckt ist und in einer Montageposition die Verstellhülse 30 arretiert. Nach der erfolgten Montage wird der Montagestift 40 entfernt und die so gebildete Öffnung in dem Trag­ körper 37 verschlossen. Die Übertragung der Verstellbewegung von der Verstellhülse 30 auf den Pumpenplunger 13 erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel über eine Blechpresshülse 41, die mit der Ver­ stellhülse 30 verbunden ist. Die Blechpresshülse 41 umschließt wei­ terhin den Pumpenplunger und überträgt die Drehbewegung durch eine angeschliffene Führungsfläche 42.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Rollenstößel 18 in einer Führungsbuchse 20 eingesetzt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Rollenstößel 18 gemäß Fig. 2 anders ausgebil­ det und besteht im wesentlichen aus dem Rollenteil 43 und einer dar­ aufgesetzten Hülse 44. Eine Ausgleichsscheibe ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel nicht dargestellt, kann aber grundsätzlich zwischen dem Rollenteil 43 und der Hülse 44 angeordnet werden. Im übrigen ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich und vorgesehen, die Füh­ rungsbuchse 20 nur im unteren Teil der Plungerbohrung 21 vorzuse­ hen, in dem Teil also, in dem der Rollenteil 43 an der Führungsbuch­ se 20 anliegt. Weiterhin ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, die Blechpresshülse 41 durch verschiedenartige Federelemente zu erset­ zen. Dabei kann eine Ausführungsform des Federelementes analog der Blechpresshülse ausgebildet sein, wobei aber bevorzugte weitere Ausführungsformen zwei Federarme aufweisen, die direkt - im Grunde wie in Fig. 2 zu der Blechpresshülse 41 zeichnerisch dargestellt - an dem Pumpenplunger 13 bzw. einer Führungsfläche 42 anliegen. Die Federarme können dabei auch in ihrem an dem Pumpenplunger 13 anliegenden Bereich V-förmig ausgebildet sein und mit diesem V-förmigen Teil in entsprechende Nuten des Pumpenplungers eingrei­ fen. Auch können die Federarme von der Verstellhülse 30 gradlinig bis in den Bereich des Pumpenplungers geführt sein und dann U-förmig wieder nach oben aufgebogen sein. Dabei liegt dann der zweite U-förmige Schenkel in bekannter Weise an dem Pumpenplun­ ger an. Allen diesen Ausführungen ist gemeinsam, daß sie geeignet sind, beispielsweise im Falle des Blockierens eines Pumpenplungers die weitere Funktionsfähigkeit der übrigen Kraftstofförderpumpen nicht zu gefährden, indem eine von der Regelstange 34 gewirkte Ver­ drehbewegung eine Aufhebung der kraftschlüssigen Verbindung zwi­ schen den Federarmen und dem Pumpenplunger bewirkt.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht das Einzelpum­ penelement 7 dem aus Fig. 1, wobei in diesem Ausführungsbeispiel der Rollenstößel 18 einen dünnwandigen topfförmigen Grundkörper 45 aufweist, der mit einem Rollenkörper 46 insbesondere durch Reib­ schweißung verbunden ist. Diese Ausbildung stellt eine gewichtsop­ timierte Ausführungsform dar. Dabei kann dieser Rollenstößel 18 selbstverständlich auch mit einem Förderelement 36 kombiniert wer­ den.

Claims (11)

1. Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kur­ belwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tra­ gendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem Zylinderkopf unter Bildung eines Brennraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist, und dem Brennraum Verbrennungsluft und Kraftstoff zuführbar sind, wobei der Kraftstoff von einer einem Einspritzventil zugeordneten in das Kurbelgehäuse eingesetzten Kraftstofförder­ pumpe mit einem Rollenstößel förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstofförderpumpe wahlweise ein gehäuselos in das Kurbelgehäuse (1) eingesetztes Einzelpumpen­ element (7) oder das separate Förderelement (36) für eine Reihen­ einspritzpumpe ist, und daß das Förderelement (36) in einem Trag­ körper (37) eingesetzt ist, der in die Pumpenöffnung (8) des Kurbel­ gehäuses (1) einsetzbar ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollenstößel (18) in einer Füh­ rungsbuchse (20) eingesetzt ist, und daß die Führungsbuchse (20) in die Pumpenöffnung (8) eingesetzt ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (20) in die Pum­ penöffnung (8) eingeklebt ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Rollenstößel (18) einen dünnwandi­ gen topfförmigen Grundkörper (45) aufweist, der mit einem Rollen­ körper (46) verbunden ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zwischen einem mit dem Pumpenplun­ ger (13) zusammenwirkenden Federteller (24) und dem Rollenstößel (18) eine Hülse (44) angeordnet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Federteller (24) und dem Rollenstößel (18) oder der Hülse (44) eine Ausgleichsscheibe (25) einsetzbar ist.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in den Tragkörper (37) eine interne Kraftstoffversorgungsöffnung eingearbeitet ist.

8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet daß in den Tragkörper (37) eine externe Kraftstoffversorgungsöffnung eingearbeitet ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Tragkörper (37) ein Anschlag für eine Fördermengen- Verstellhülse eingearbeitet ist.

10. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß in den Tragkörper (37) eine Exzenter­ schraube eingesetzt ist, mit der die Plungerbüchse (9) des Förder­ elementes verdrehbar ist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellhülse Federarme aufweist, die mit dem Pumpenplunger (13) zusammenwirken.