DE19857555A1 - Direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit zumindest vier in Reihe angeordneten Zylindern, denen eine einzige Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe zugeordnet ist, die an einer Seitenfläche des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes angeordnet ist und über einen im Zylinderkopf längsverschiebbar geführten Stößel von zumindest zwei Nocken betätigt wird, die auf einer im Zylinderkopf rotierenden Welle, bevorzugt der Nockenwelle, gleichmäßig über deren Umfang verteilt angeordnet sind. Insbesondere sind die den Stößel und somit den Pumpenkolben der Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe betätigenden Nocken asymmetrisch ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraft­ maschine mit zumindest vier in Reihe angeordneten Zylindern, denen eine Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe zugeordnet ist.

Für selbstzündende, den Kraftstoff direkt in die Zylinder bzw. Zylinder- Brennräume einspritzende Brennkraftmaschinen sind für die Förderung des Kraftstoffes und insbesondere für die Bereitstellung eines ausreichend ho­ hen Kraftstoff-Einspritzdruckes neben den Einzylinder-Hochdruckpumpen, bei denen jeweils ein Pumpenzylinder einem einzigen Brennkraftmaschinen- Zylinder zugeordnet sind, auch Reihenpumpen bekannt, bei denen mehrere Pumpenzylinder in Reihe angeordnet sind. Ähnliche Reihenpumpen kom­ men auch bei den in jüngerer Zeit in zunehmendem Umfang entwickelten fremdgezündeten und mit Direkteinspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder- Brennräume arbeitenden Brennkraftmaschinen zum Einsatz. Dabei müssen diese Hochdruckpumpen lediglich einen ausreichend hohen Kraftstoffdruck bereitstellen, jedoch nicht - wie bei früheren selbstzündenden Brennkraftma­ schinen üblich - für eine zeitpunktgenaue Einspritzung des Kraftstoffes in den Zylinder-Brennraum sorgen, nachdem die letztgenannte Funktion in Verbindung mit der sog. Common-Rail-Technik von elektronisch angesteu­ erten Kraftstoff-Einspritzventilen übernommen wird.

An direkteinspritzenden fremdgezündeten Hubkolben-Brennkraftmaschinen werden beispielsweise Dreizylinder-Hochdruckpumpen an einer der Stirn­ seiten der Brennkraftmaschine, deren Zylinder wie üblich in Reihe liegen, angeordnet. Bekannt wurde ferner für den Anwendungsfall der vorliegenden Erfindung eine Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe, die mehrere Zylinder- Brennräume mit unter einem hohen Druckniveau stehendem Kraftstoff ver­ sorgt.

Wie eine derartige Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe an einer fremdge­ zündeten mit zumindest vier in Reihe liegenden Zylindern in besonders gün­ stiger Weise angeordnet und betätigt werden kann, soll mit der vorliegenden Erfindung aufgezeigt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einer einzigen, den zumindest vier Brennkraftmaschinen-Zylindern zugeordneten Einzylinder-Kraftstoffhoch­ druckpumpe, die an einer Seitenfläche des Brennkraftmaschinen-Zylinder­ kopfes angeordnet ist und über einen im Zylinderkopf längsverschiebbar geführten Stößel von zumindest zwei Nocken betätigt wird, die auf einer im Zylinderkopf rotierenden Welle gleichmäßig über deren Umfang verteilt an­ geordnet sind. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Un­ teransprüche.

Näher erläutert wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungs­ beispieles, wobei in der beigefügten Fig. 1 ein Ausschnitt eines erfin­ dungsgemäßen Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes perspektivisch darge­ stellt ist, während Fig. 2 einen Schnitt quer zur Zylinderkopf-Längsachse durch den die Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe betätigenden Stößel zeigt.

Mit der Bezugsziffer 1 ist der Zylinderkopf einer Hubkolben-Brennkraft­ maschine mit hier vier in Reihe liegenden Zylindern bezeichnet, d. h. diese vier (bzw. in einer alternativen Ausführungsform sechs) Brennkraftmaschi­ nen-Zylinder sind hintereinander in Richtung der Brennkraftmaschinen- Längsachse 2 angeordnet. Während Fig. 1 insbesondere die hintere Stirn­ seite 1a des Zylinderkopfes sowie einen kleinen Abschnitt von dessen linker (von der Stirnseite 1a aus betrachtet) Seitenfläche 1b zeigt, verläuft bei der Darstellung von Fig. 2 die Brennkraftmaschinen-Längsachse 2 senkrecht zur Zeichenebene.

Im Zylinderkopf 1 rotiert eine Welle 3, deren Rotationsachse 3a parallel zur Längsachse 2 verläuft und die von der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Insbesondere handelt es sich bei die­ ser Welle 3 um die die ebenfalls nicht gezeigten, im Zylinderkopf 1 angeord­ neten Gaswechselventile betätigende Nockenwelle, wobei diese Nocken­ welle (wie üblich) mit der halben Kurbenwellendrehzahl rotiert.

Bei dieser Brennkraftmaschine handelt es sich um eine fremdgezündete, mit Direkteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine, d. h. der in den Zylinder- Brennräumen der Brennkraftmaschine zu verbrennende Kraftstoff wird mit­ tels ebenfalls nicht dargestellter Kraftstoff-Einspritzventile direkt in die Brenn­ räume eingespritzt. Selbstverständlich muß hierfür der Kraftstoff unter einem ausreichend hohen Druckniveau bereitgestellt werden, wozu eine Kraftstoff­ hochdruckpumpe 4 vorgesehen ist, die den über eine Zulaufleitung 5 (vgl. Fig. 1) herangeführten Kraftstoff über eine von der Kraftstoffhochdruck­ pumpe 4 wegführende Ablaufleitung 6 unter Hochdruck in eine figürlich nicht dargestellte, sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse 2 erstrecken­ de Kraftstoff-Verteilerleitung fördert, von der die bereits genannten, den Brennkraftmaschinen-Zylindern zugeordneten Kraftstoff-Einspritzventile ab­ zweigen bzw. von welcher aus diese Kraftstoff-Einspritzventile mit hochver­ dichtetem Kraftstoff versorgt werden.

Diese als Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildete Kraftstoff­ hochdruckpumpe 4 ist an der linken Seitenfläche 1b des Zylinderkopfes 1 nahe dessen hinterer Stirnseite 1a angeflanscht. Der vereinfacht dargestellte Innenaufbau dieser Kraftstoffhochdruckpumpe 4 geht aus Fig. 2 hervor. Ohne näher auf die Funktion einer solchen dem Fachmann bekannten Ein­ zylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe 4 einzugehen, sei erläutert, daß hierbei ein Pumpenkolben 4a relativ hochfrequent im Gehäuse 4b gemäß Pfeilrich­ tung 7 längs der Achse 4c hin und her verschoben wird. In Zusammenwirken mit einer den Pumpenkolben 4a umgebenden Steuerhülse 4d sowie mit ei­ nem geeignet angesteuerten Magnetventil 4e wird dann der über die Zu­ laufleitung 5 herangeführte Kraftstoff unter Hochdruck in die Ablaufleitung 6 gefördert.

Betätigt wird der Pumpenkolben 4a der Einzylinder-Kraftstoffhochdruck­ pumpe 4 über einen Stößel 8 von (hier) zwei Nocken 9a, 9b, die auf der Welle 3 über deren Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Wie insbe­ sondere Fig. 2 zeigt ist der Stößel 8 längs der Achse 4c (und somit auch gemäß Pfeilrichtung 7) verschiebbar im Zylinderkopf 1 bzw. genauer in einer in diesem vorgesehenen Führungsbohrung 10 geführt, wobei die Achse 4c (der Kraftstoffhochdruckpumpe 4, aber auch des Stößels 8 sowie der Füh­ rungsbohrung 10) senkrecht zur Rotationsachse 3a der Welle 3 steht. Somit wird mit einer Rotation der Welle 3 der Stößel 8 und somit auch der Pum­ penkolben 4a, der sich wie ersichtlich an der Innenseite der nicht näher be­ zeichneten Stirnfläche des Stößels 8 abstützt, von den beiden Nocken 9a, 9b in der oben beschriebenen Weise betätigt bzw. bewegt. Dabei ist im In­ nenraum des Stößels 8 in üblicher Weise eine sich am Gehäuse 4b der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 abstützende Rückstellfeder 8a für den Stößel 8 vorgesehen.

Durch die Anordnung der Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe 4 an einer Seitenfläche bzw. an der Seitenfläche 1b des Zylinderkopfes 1 wird die Baulänge des gesamten Zylinderkopfes 1 nicht vergrößert, wobei sich nun­ mehr vorteilhafterweise die Kraftstoffhochdruckpumpe 4 in einem (gegen­ über dem eingangs genannten Stand der Technik, nach welchem beispiels­ weise eine Dreizylinder-Hochdruckpumpe an einer der Stirnseiten der Brennkraftmaschine angeordnet ist, vorteilhaften) Raum befindet, der - so sich die Brennkraftmaschine insbesondere längs eingebaut im Motorraum eines Kraftfahrzeuges befindet - bei einem Crash des Kraftfahrzeuges eine Beschädigung der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 unwahrscheinlich macht.

Vorteilhaft ist die beschriebene Anordnung der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 aber auch hinsichtlich des Stößels 8, der - hier als Tassenstößel ausgebildet - im Zylinderkopf 1 geführt bzw. gelagert ist. Auf diese Weise ergibt sich nicht nur eine einfache Schnittstelle zwischen der - üblicherweise von einem Zu­ lieferer bereitgestellten und dabei ein separates Bauteil darstellenden - Kraftstoffhochdruckpumpe 4 sowie dem Zylinderkopf 1, sondern es können auch die geforderten Toleranzen hinsichtlich des Antriebs der Kraftstoff­ hochdruckpumpe 4 in äußerst einfacher Weise eingehalten werden. Hierzu muß lediglich der figürlich nicht dargestellte Anschraubflansch der Kraftstoff­ hochdruckpumpe 4 am Zylinderkopf 1 bzw. an der Seitenfläche 1b dessel­ ben bezüglich der Führungsbohrung 10 für den Stößel 8 exakt, d. h. unter Einhaltung der nötigen Toleranzen definiert werden. Vorteilhaft ist ferner die Schmierung des Stößels 8 in der Führungsbohrung 10, da dies über eine einfache Zweigölleitung 11, die vom lediglich durch eine Schmierölbohrung 12 im Zylinderkopf 1 dargestellten Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschi­ ne abzweigt, erfolgen kann.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar ersichtlich wird, wird der Pumpenkolben 4a der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 bei üblichen maximalen Nockenwelldrehzahlen bzw. Drehzahlen der Welle 3 von den hier beiden über deren Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Nocken 9a, 9b relativ hochfrequent gemäß Pfeilrichtung 7 hin und herbewegt. Im Verlauf einer ein­ zigen Umdrehung der (Nocken-)Welle 3 wird dieser Pumpenkolben 4a somit ausgehend von der in Fig. 2 dargestellten Position zweimal nach links ver­ schoben und danach jeweils wieder in die dargestellte Position gebracht. Nachdem die Welle 3 wie bereits erläutert mit halber Kurbelwellendrehzahl rotiert, wird der Pumpenkolben 4a somit während einer vollständigen Um­ drehung der Brennkraftmaschinen-Kurbelwelle einmal betätigt, so daß hier­ mit für zwei Zylinder der hier vierzylindrigen Hubkolben-Brennkraftmaschine die benötigte Kraftstoffmenge bereitgestellt wird. Daraus folgt, daß bei einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine, deren sechs in Reihe angeordnete Zylinder-Brennräume von einer einzigen Einzylinder-Kraftstoffhochdruck­ pumpe 4 mit Kraftstoff versorgt werden sollen, über dem Umfang der Welle 3 gleichmäßig verteilt drei Nocken 9a (bzw. 9b) vorgesehen sein müssen, was hier nicht figürlich dargestellt ist.

Um irgendwelche Probleme in Verbindung mit der Kraftstoff-Förderung auf­ grund der relativ hochfrequenten Hubbewegung des Pumpenkolbens 4a der Kraftstoffhochdruckpumpe 4 zu vermeiden, wird weiterhin vorgeschlagen, die den Stößel 8 und somit den Pumpenkolben 4a betätigenden Nocken 9a, 9b (bzw. im Falle einer sechszylindrigen Brennkraftmaschine auch den dritten Nocken) asymmetrisch auszubilden. Dies bedeutet, daß dann der Punkt des maximalen Nockenhubes nicht den Mittelpunkt zwischen der ansteigenden Flanke und der abfallenden Flanke des jeweiligen Nockens 9a bzw. 9b bil­ det.

Nun bestehen zwei Möglichkeiten für eine derartige asymmetrische Nocken­ gestaltung. So kann die ansteigende Flanke länger als die abfallende Flanke sein, wodurch der Ausschiebehub des Pumpenkolbens 4a länger als der Ansaughub desselben wird. Hiermit können möglicherweise störende Druck­ spitzen im Verlauf des Kraftstoff-Druckaufbaus vermieden werden. Alternativ kann die ansteigende Flanke jedes Nockens 9a, 9b kürzer als dessen abfal­ lende Flanke sein, wodurch der Ansaughub des Pumpenkolbens 4a länger als der Ausschiebehub desselben wird. Hiermit kann eine mögliche Dampf­ blasenbildung im Kraftstoffstrom während des Ansaugens der Kraftstoff­ hochdruckpumpe 4 vermieden werden.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß die Kraftstoffhochdruck­ pumpe 4 bevorzugt auf derjenigen Seitenfläche 1b des Zylinderkopfes 1 an­ geordnet ist, auf der sich die zu den Zylinder-Brennräumen führenden Frischgas-Einlaßkanäle befinden, um eine möglichst kurze Kraftstoffleitung zu den Kraftstoff-Einspritzventilen zu erzielen und um mögliche Temperatur­ probleme durch die wesentlich heißeren, üblicherweise auf der anderen Seite des Zylinderkopfes liegenden Auslaßkanäle für das Brennraumabgas zu vermeiden, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbe­ sondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlas­ sen.

Bezugszeichenliste

1

Zylinderkopf

1

a (hintere) Stirnseite von

1

1

b (linke) Seitenfläche von

1

2

Längsachse (der Brennkraftmaschine)

3

Welle

3

a Rotationsachse von

3

4

Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe

4

a Pumpenkolben

4

b Gehäuse

4

c Achse

4

d Steuerhülse

4

e Magnetventil

5

Zulaufleitung

6

Ablaufleitung

7

Pfeilrichtung

8

Stößel

8

a Rückstellfeder

9

a Nocken

9

b Nocken

10

Führungsbohrung (in

1

für

8

)

11

Zweigölleitung

12

Schmierölbohrung

Claims (3)

1. Direkteinspritzende fremdgezündete Brennkraftmaschine mit zumin­ dest vier in Reihe angeordneten Zylindern, denen eine einzige Einzy­ linder-Kraftstoffhochdruckpumpe (4) zugeordnet ist, die an einer Sei­ tenfläche (1b) des Brennkraftmaschinen-Zylinderkopfes (1) angeord­ net ist und über einen im Zylinderkopf (1) längsverschiebbar geführten Stößel (8) von zumindest zwei Nocken (9a, 9b) betätigt wird, die auf einer im Zylinderkopf (1) rotierenden Welle (3) gleichmäßig über deren Umfang verteilt angeordnet sind.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zylinderkopf (1) rotiererende Welle (3) die weiterhin die Gaswechselventile betätigende Nocken­ welle ist.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stößel (8) und somit den Pum­ penkolben (4a) der Einzylinder-Kraftstoffhochdruckpumpe (4) betäti­ genden Nocken (9a, 9b) asymmetrisch ausgebildet sind.