DE3226238C2 - Kraftstoffsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinspritzung und Druckzündung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffsystem für eine Verbrennungs­ kraftmaschine mit Direkteinspritzung und Druckzündung, bei der ein für die Montage auf dem Zylinderkopf der Maschine geeignetes Gehäuse vorgesehen ist, welches eine Kraftstoffeinspritzdüse trägt, die sich durch eine Boh­ rung in den Verbrennungsraum der Maschine erstreckt, und wobei die Wirkungs­ linie in der auf den Plunger einwirkende Kraft in Bezug auf die Achse der Einspritzdüse und der Montagefläche parallel oder geneigt zur Montagefläche sind, während ein weiteres Paar korrespondierender Montageflächen mit recht­ winklig verlaufenden Ansätzen versehen ist und durch welches Flächenpaar die Komponente der auf den Plunger einwirkenden Kraft absorbiert wird, die parallel zur Montagefläche verläuft.

So zeigt die US-PS 27 93 078, daß sich bei einer derartigen Maschine eine Einspritzpumpe mit einem hin- und hergehenden Plunger befindet. Der Plunger wird von einem Nocken einer im Zylinderkopf der Maschine getragenen Nocken­ welle angetrieben. Für die Montage wird am Pumpengehäuse eine passende Mon­ tagefläche vorgesehen.

Mit dem insoweit dargestellten Kraftstoffsystem ergibt sich ein Stand der Technik, der in Bezug auf die Erfindung als am nächsten kommend anzusehen ist.

Dieser Stand der Technik liegt der Erfindung zugrunde, indem das Kraftstoff­ leitsystem mit Druckzündung in einer einfachen und wirkungsvollen Weise zu gestalten ist.

Für den einleitend bezeichneten Stand der Technik liegt die US-PS 27 83 0078 zugrunde. Weitere Teilmerkmale finden sich in der DE-PS 4 78 897. Das dort vorgesehene Kraftstoffsystem ist Bestandteil einer flüssigkeitsgesteu­ erten Brennstoffeinspritz-Ventilanordnung und kann auch durch eine Direkt­ leitung ersetzt sein.

Bei Verwendung einer anmeldungsgemäßen Einspritzpumpe würden sich jedoch Reaktionskräfte ergeben, die parallel zu den Bewegungen des Kolbens ver­ laufen, wobei dann an der Seite der Maschine eine Nockenwelle vorgesehen sein müße, welche Anordnung der Erfindung ferner steht.

Nach der US-PS 27 93 078 soll der Kraftstoff unmittelbar in den Zylinder eingeführt werden. Die Abstützung der axialen Kräfte ist hierbei derart schwierig, daß die Ausbildung der Stufe der Einspritzung nicht mehr den zusätzlichen Kräften Widerstand bieten kann.

Für die Erfindung war es demnach geboten, bekannte Teilmerkmale sehr sorg­ fältig zu prüfen. Wie sich zeigte, besitzen die im Anspruch 1 der Erfin­ dung vorgesehenen Teilvorschläge einen derartigen Abstand von den die Er­ findung kennzeichnenden Merkmalen, daß sie bereits außerhalb des nahelie­ genden Bereiches bekannter Vorschläge anzutreffen sind.

Für die Erfindung sei die Bewertung des gattungsgemäßen Standes der Tech­ nik durch den nachfolgenden Ergänzungsteil weitergehend konkretisiert.

In üblicher Praxis wird die Pumpe bzw. werden die Pumpen in einem Pumpengehäuse untergebracht, das an einer der­ artigen Stelle der Maschinenkonstruktion angeschlossen ist, daß die Einspritzpumpe mittels der Maschine betreib­ bar ist, wobei von der oder den Pumpen Rohrleitungen zu der oder den Düsen ausgehen. Um die Einspritzphase zu ver­ ringern, die in Winkelgraden der Kurbelwelle der Maschine ausgedrückt wird, während welcher Kraftstoff in den Ver­ brennungsraum der Maschine eingespritzt wird, ist auch schon vorgeschlagen worden, die Einspritzdüse einheitlich mit der Pumpe auszubilden. Die Pumpe wird in diesem Falle mittels eines Nockens angetrieben, der an der Nockenwelle der Maschine angeordnet sein kann und einen entsprechenden Kipphebel aufweist. Bei bekannten Ausführungsformen ist die Düsenachse auf die Achse des Pumpenplungers ausgerich­ tet. Das Düsengehäuse erstreckt sich in den Verbrennungs­ raum der Maschine und ist üblicherweise mit einer Stufe versehen, die bezüglich einer in einer Bohrung befindlichen Stufe ausgerichtet und angepreßt ist, um die Düse aufzu­ nehmen.

Der Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, insbeson­ dere derjenige Teil, der die Wandung zum Verbrennungsraum aufweist, besitzt mehrere Kanäle, z. B. den Lufteinlaßkanal und den Auspuffkanal sowie Kanäle für Kühlmittel und Bohrun­ gen für die Ventilstößel. Bei größeren Maschinen wird die vorerwähnte Stufe zweckmäßig abgestützt, so daß die Spann­ kräfte und auch die durch die Betriebsweise der Pumpe hervorgerufenen mechanischen Kräfte in Folge der Ein­ wirkung des Nocken bei der Kraftstofförderung absorbiert werden können. Für kleine, mit hoher Drehzahl laufende Maschinen ist das Problem einer geeigneten Abstützung vor allem deshalb von größerer Bedeutung, weil die Größe der Einspritzdüse nicht verhältnismäßig verkleinert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoff- System für eine Verbrennungskraftmaschine mit Druckzün­ dung in einer einfachen und wirkungsvollen Form zu ge­ stalten.

Erfindungsgemäß besitzt das Kraftstoffsystem einer Ver­ brennungskraftmaschine mit Druckzündung ein Gehäuse, welches sich auf den Zylinderkopf der Maschine mon­ tieren läßt und einheitlich mit einer Fassung ausge­ führt ist, die die Kraftstoffeinspritzdüse aufnimmt, welche sich durch eine Bohrung am Zylinderkopf in den Verbrennungsraum der Maschine erstreckt; das Gehäuse nimmt weiterhin eine Einspritzpumpe mit hin- und herge­ hendem Plunger auf, wobei die Wirkungslinie des Plungers außerhalb der Düsenachse verläuft und das Gehäuse eine Eingriffsfläche aufweist, die mit einer komplementären Fläche des Zylinderkopfes der Maschine in Eingriff ge­ langt, um wenigstens einen Teil der Kräfte auf den Zylin­ derkopf zu übertragen, denen das Gehäuse aufgrund der Betriebsweise der Pumpe ausgesetzt ist.

In den Zeichnungen stellen dar:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Zylinderkopfes einer Verbrennungskraftma­ schine mit bekanntem Kraftstoffsystem, während

Fig. 2, 3 und 4 Ansichten entsprechend der Fig. 1 sind und Beispiele für ein erfin­ dungsgemäß geändertes Kraftstoff­ system veranschaulichen.

Fig. 1 zeigt eine mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 versehene Verbrennungskraftmaschine mit einem Zylinder­ kopf 11, der in bekannter Weise durch Schraubbolzen mit dem Maschinenblock 12 verbunden ist. Letzterer ist in üblicher Weise mit einem oder mehreren Zylindern 13 für Kolben 14 ausgeführt. Im speziellen Ausführungsbei­ spiel ist der Kolben noch ausgespart, um den Doppelver­ brennungsraum 15 zu bilden.

Innerhalb des Zylinderkopfes erkennt man ein paar Kanäle, von denen einer das Bezugszeichen 16 trägt, die der Ein­ bringung der Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer sowie dem Auspuff aus der Verbrennungskammer dienen. Die Zeichnung unter dem Hauptteil der Figur läßt die Eingangs­ öffnungen in die Wandung des Zylinderkopfes erkennen, der die obere Begrenzung des Verbrennungsraums bildet. Gaswechsel­ ventile, von denen eines mit 17 bezeichnet ist, steuern die Gasströmung durch die erwähnten Kanäle und sind mittels Nocken auf einer Nockenwelle 18 im Zylinderkopf betätigbar.

Das Kraftstoffsystem weist weiterhin eine Kraftstoffpumpe und eine Einspritzdüse auf; der Hauptteil der Pumpe trägt das Bezugszeichen 19, während die Düse mit 20 bezeichnet ist. Letztere ist mit einer Spitze ausgeführt, die sich durch die erwähnte Seite des Zylinderkopfes in bekannter Weise erstreckt und mit einer oder mehreren Auslaßöffnun­ gen versehen ist, durch welche Kraftstoff in die Verbrennungs­ kammer gerichtet wird.

Der Hauptteil 19 der Pumpe besitzt ein Gehäuse, an welchem die Einspritzdüse 20 befestigt ist, sowie einen Plunger 20 A, der teilweise aus dem Gehäuse herausragt, um im Eingriff mit einem Kipphebel 21 zu stehen, der von der Nockenwelle 18 betätigt wird. Die Achse des Plungers 20 A ist auf die Achse der Einspritzdüse ausgerichtet. Die Einspritzdüse ist von abgesetzter Ausführung, zu welcher die Bohrung im Zylinderkopf, durch welche sich die Düse erstreckt, eine komplementäre Form aufweist, so daß man durch zeichnerisch nicht wiedergegebene Spannmittel eine gasdichte Verbindung zwischen der Stufe der Bohrung und der Stufe des Einspritzdüsengehäuses schaffen kann. Die Stufe in der Bohrung muß den Spann­ kräften widerstehen und gleichfalls den axialen Druck aufnehmen, der auf den Plunger bei der Kraftstofförderung ausgeübt wird. Zusätzlich zu den Kanälen 16 besitzt der Zylinderkopf Kühlkanäle. Darüber hinaus ist festzustellen, daß die Einspritzdüse im wesentlichen in der Mitte zwi­ schen den Ventilen liegt, so daß hierdurch der Zylinder­ kopf an dieser Stelle erheblich geschwächt ist. Bei großen Maschinen läßt sich die Stufe in der Bohrung hinreichend abstützen, so daß sie die Spannkräfte und den axialen Druck des Plungers aufnehmen kann. Bei kleinen Maschinen besteht das Problem von der Abstützung der Stufe jedoch gleichfalls, und aus dem Grunde wurde das erfindungsge­ mäß geänderte Kraftstoffsystem geschaffen.

In Fig. 2 sind, soweit irgend möglich, übereinstimmende Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet worden. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 besitzt das Pumpengehäuse 19 einen seitlichen Ansatz 22, der die Kraftstoffeinspritzdüse 20 trägt. Die Achse des Plungers 20 A und der Düse 20 sind in Bezug zueinander geneigt, und wei­ terhin bildet das Pumpengehäuse eine Eingriffsfläche 23 für den Eingriff mit einer komplementären Fläche 24 des Zylinderkopfes der Maschine an einer von den Kanälen 16 entfernten Stelle. Die Fläche 24 nimmt die Kraft des Plun­ gers 20 A, die vom Nocken ausgeht, auf und unterliegt wei­ terhin der Spannkraft, die jedoch geringer ist, da die Dichtung zwischen der Einspritzdüse 20 und der Bohrung, in welcher sie angeordnet ist, abweichend ausgeführt ist. Man braucht keine Druckdichtung mehr; die aus einem kreis­ förmigen Ring bestehende Dichtung befindet sich in einer Nut im Gehäuse der Einspritzdüse; der mit der Wandung der Bohrung, in welcher sich die Einspritzdüse befindet, im Eingriff stehende Ring ist so angebracht, daß er als eine Gasdichtung wirkt.

Man erkennt, daß durch die Anwendung dieser Konstruktion der Kipphebel 21 entbehrlich ist, was indes bei dem be­ sonderen Ausführungsbeispiel nur deshalb der Fall ist, weil die Achse des Plungers A auf die Drehachse der Nocken­ welle ausgerichtet ist. Bei anderen Ausführungsformen kann die Neigung zwischen den genannten Achsen geringer sein, indem die Achse des Plungers beispielsweise in ver­ tikaler Richtung verläuft. In diesem Falle würde es not­ wendig sein, einen Kipphebel 21 oder eine getrennte Nocken­ welle vorzusehen.

Bei der in Fig. 3 wiedergegebenen Ausführungsform ist der Zylinderkopf mit einer abgesetzten Bohrung 25 ver­ sehen, die sich in den Verbrennungsraum der Maschine erstreckt. Der Zylinderkopf ist mit einer Montagefläche 26 ausgeführt, gegen welche eine komplementäre Fläche des Pumpengehäuses 27 angepreßt ist. Das Pumpengehäuse 27 hat einen Ansatz 28, der die Einspritzdüse 29 aufnimmt. Letztere ist mittels einer üblichen Überwurfmutter 30 am Ansatz gehalten.

Das Gehäuse 27 und der Ansatz mit der Überwurfmutter sind so bemessen, daß ein geringes Spiel zwischen der Überwurf­ mutter 30 und der Stufe in der Bohrung 25 besteht, um eine Dichtung zwischen der Überwurfmutter und der Stufe anzuordnen, wobei ein gewellter Abdichtungsring verwen­ det werden kann. Die Achse der Düse steht rechtwinklig zur Eingriffsfläche des Gehäuses, die in Bezug auf die Fläche 26 komplementär ausgeführt ist. Das Gehäuse nimmt auch das mit 31 bezeichnete Pumpenteil mit dem hin- und herbeweglichen Plunger auf. Eine Rolle 32 ist als wei­ teres Teil der Pumpe ausgeführt und kann mittels eines an einer Nockenwelle, die zeichnerisch nicht dargestellt ist, befindlichen Nockens betätigt werden, für welche die mit 33 bezeichnete Drehachse besteht. Die Pumpenachse ist relativ zur Düsenachse versetzt; Schraubbolzen halten das Gehäuse am Zylinderkopf. Die Montagefläche 26 ist mit Abstand von der Stufe innerhalb der Bohrung 25 angeordnet und läßt sich somit genügend stark ausbilden, um der Pum­ penkraft zu widerstehen. Indes verläuft die Wirkungslinie des Nockens unter einem Winkel zur erwähnten Montage­ fläche. Im Ergebnis ist daher, die sich auswirkende Kraft parallel zur Montagefläche 26 gerichtet; um diese Kraft aufzufangen, ist ein Einsatz 34 im Gehäuse 27 vorge­ sehen, welcher in eine komplementäre Ausnehmung des Zylin­ derkopfes eingreift. Der Einsatz und die Aussparung bil­ den zylindrische Flächen, die der Kraftaufnahme dienen. Der Einsatz ist zweckmäßig von hohler Zylinderform und be­ sitzt eine senkrecht zur Montagefläche 26 verlaufende Achse, die parallel zur Düsenachse 29 gerichtet ist. Mit Vorteil wird ein Teil des Zylinderkopfes mit einer Strebe 35 versehen, die im wesentlichen bezüglich der Pum­ penachse 31 ausgerichtet ist. Auf diese Weise werden die von der Wirkung des Nockens ausgehenden Kräfte an einer Stelle auf den Zylinderkopf übertragen, die vom Zylinder entfernt liegt.

Nach Fig. 3 wird die Kraftstoffmenge von der Pumpe zur angeschlossenen Maschine mittels eines mit dem allgemeinen Bezugszeichen 36 versehenen Ventils gesteuert. Vorteilhaft ist die Strebe 35 mit einer Bohrung 36 A versehen, die ei­ nen Kraftstoffkanal bildet, während der Einsatz gleich­ falls einen Weg für die Kraftstoffströmung vom Ventil 36 bildet.

Die verschiedenen Kraftstoffkanäle sind in Fig. 4 inner­ halb des Gehäuses 27 deutlicher dargestellt, wobei indes zugleich eine Modifikation zur in Fig. 3 dargestellten Anordnung wiedergegeben ist. Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 fehlt der Ansatz 34, und an seine Stelle tritt ein zylindrischer Einsatz 37 des Gehäuses 27, für den ein dichter Sitz in einer komplementären Aussparung 38 des Zylinderkopfes besteht; der Ansatz 37 und die Aussparung 38 bilden Zylinderflächen, die der Aufnahme von Kräften dienen, welche von der Pumpwirkung ausgehen. Wiederum ist eine Strebe 35 ausgebildet, die eine Stütze für den Wand­ abschnitt der Aussparung 38 bildet, der während des Betrie­ bes den Ansatz 37 gegen die Seitenkräfte abstützt, die von der Einwirkung des Nockens auf die Rolle ausgehen. Fig. 4 zeigt gleichfalls die Verwendung eines Dichtungs­ ringes 29, um zwischen der Überwurfmutter und der sie auf­ nehmenden Bohrung 25 eine Dichtung zu schaffen. Der Raum zwischen Ansatz 37 und der Dichtung 39 wird unter Kraft­ stoff gehalten, um den Pumpenzylinder über Eintrittsöff­ nungen 40 zu beaufschlagen. Zusätzliche Dichtungsringe befinden sich zwischen der Eingriffsfläche 26 und dem Ge­ häuse 27.

Claims (3)

1. Kraftstoffsystem für eine Verbrennungskraftmaschine mit Direkteinsprit­ zung und Druckzündung, bei der ein für die Montage auf dem Zylinderkopf der Maschine geeignetes Gehäuse vorgesehen ist, welches eine Kraftstoff­ einspritzdüse trägt, die sich durch eine Bohrung in den Verbrennungsraum der Maschine erstreckt, und wobei die Wirkungslinie in der auf den Plun­ ger einwirkende Kraft in Bezug auf die Achse der Einspritzdüse und der Montagefläche parallel oder geneigt zur Montagefläche sind, während ein weiteres Paar korrespondierender Montageflächen mit rechtwinklig verlaufenden Ansätzen versehen ist, durch welches Flächenpaar die Kom­ ponente der auf den Plunger einwirkenden Kraft absorbiert wird, die pa­ rallel zur Montagefläche verläuft, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wirkungslinie in der auf den Plunger einwirkenden Kraft in Bezug auf die Achse der Einspritzdüse (29) und der Montage­ fläche geneigt ist,
und daß Dichtungsmittel zwischen der Einspritzdüse (29) und der Wandung der Bohrung (25) eine Dichtung bilden.

2. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Flächenpaar von der Oberfläche einer Aussparung (38) gebildet ist, die koaxial zur Bohrung innerhalb des Zylinderkopfes verläuft, wobei die Ober­ fläche eines zylindrischen Ansatzes (37) am Pumpenge­ häuse (27) in der Aussparung vorgesehen ist.

3. Kraftstoffsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das weitere Flächenpaar von einem Dübel (34) ge­ bildet ist, der im Eingriff mit dem Pumpengehäuse (27) und dem Zylinderkopf steht.