EP2778411A1 - Pumpeneinheit - Google Patents

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EP2778411A1
EP2778411A1 EP14156196.9A EP14156196A EP2778411A1 EP 2778411 A1 EP2778411 A1 EP 2778411A1 EP 14156196 A EP14156196 A EP 14156196A EP 2778411 A1 EP2778411 A1 EP 2778411A1
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EP
European Patent Office
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camshaft
separating device
state
drive cam
pump unit
Prior art date
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Granted
Application number
EP14156196.9A
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English (en)
French (fr)
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EP2778411B1 (de
Inventor
Stephan Dr.Rubbert
Erik Dr.Schünemann
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Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Publication of EP2778411A1 publication Critical patent/EP2778411A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B17/00—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors
    • F04B17/05—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B19/00—Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20—Other positive-displacement pumps
    • F04B19/22—Other positive-displacement pumps of reciprocating-piston type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B49/00—Control, e.g. of pump delivery, or pump pressure of, or safety measures for, machines, pumps, or pumping installations, not otherwise provided for, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B47/00
    • F04B49/02—Stopping, starting, unloading or idling control

Definitions

  • the invention relates to a pump unit for conveying water under high pressure as injection fluid for an internal combustion engine.
  • injection of water into the combustion chambers of the cylinders or into a section of a suction pipe immediately upstream of the combustion chamber can favorably influence the driving characteristics. For example, it is possible to suppress knocking combustion and to increase the efficiency of the combustion and thus the power or to reduce the fuel consumption.
  • a further injector for the water may be provided in addition to the injector for the fuel.
  • This is supplied, for example, analogous to the fuel injector by another, also designed as a plug-pump, which promotes the water from a reservoir to the required high pressure level for injection.
  • a valve of the injector ensures that the high-pressure water provided by the pump at the right time and in the correct dose, e.g. is injected into the combustion chamber.
  • Known pumps are usually directly mechanically coupled to the camshaft of the internal combustion engine, e.g. via its own drive cam on the camshaft, and are driven by this permanently.
  • the object of the invention is to provide a simple way to protect the pump.
  • a separating device is provided between the camshaft and a movable piston element of the pump, which delimits a working space.
  • the separating device is designed so that in a first state of the separating device, a force transmission from the camshaft to the piston element takes place and in a second state of the separating device no force transmission between the camshaft and the piston element takes place.
  • the piston element is decoupled from the still moving camshaft via a preferably mechanically operating separating device when the separating device changes from its first state into its second state. Since then no more power is transmitted to the piston element, this is not moved, and thus there is no change in volume of the working space. Any existing in the workspace ice therefore experiences no force by the piston element, so that the pump is protected.
  • the piston element can selectively remain in a rest position or even locked, in which it performs no movement in the working space. In the same way, the piston element can be intentionally set in motion again via the separating device.
  • the separator may also be used in other cases where it is desired to shut off water injection, for example in operating conditions in which no performance improvement or consumption reduction by water injection is expected.
  • a drive cam which rotates with the camshaft preferably transmits a movement to the piston element.
  • This may be a direct power transmission with a direct mechanical contact between the drive cam and the piston element act, but it is also possible to interpose one or more components, such as a drive cam driven ram between the drive cam and the piston member.
  • the separating device has an adjusting means which fixes the piston element in its upper dead center in the second state of the separating device.
  • the adjusting means may for example be a movable in two different positions locking element, for example, a locking pin.
  • the adjusting means can, for example, engage under the piston element in order to fix it at top dead center, or it can intervene for this purpose in a recess formed in the piston.
  • Another advantage of this embodiment is that due to the position at top dead center, the water can largely be displaced from the working space.
  • the adjusting means is preferably arranged linearly displaceable.
  • the displacement can be done, for example, hydraulically or magnetically, controlled by an actuator, which is advantageous in connection with control electronics of the pump unit.
  • the separating device comprises a non-rotatably connected to the camshaft, slidable along the camshaft coupling element and a rotatably mounted on the camshaft drive cam.
  • the coupling element In the first state of the separating device, the coupling element is rotatably connected to the drive cam, and in the second state of the separating device, the coupling element is decoupled from the drive cam.
  • the drive cam is mounted so that the camshaft can rotate freely relative to this, but is held axially immovably on the camshaft.
  • On one end face of the drive cam preferably has a toothing which is shaped complementary to a frontal toothing of the coupling element.
  • the coupling element can be moved, for example, via a switching claw, which is displaced by an actuator parallel to the longitudinal direction of the camshaft.
  • the displacement in the axial direction is chosen so large that the teeth of coupling element and drive cams can be completely disengaged from each other as well as completely disengaged. Since the coupling element is non-rotatably connected to the camshaft, the drive cam is entrained and rotated together with the camshaft, as long as the teeth of coupling element and drive cam are engaged.
  • the coupling element In order to transfer the separating device in the second state, the coupling element is moved axially away from the drive cam, so that the teeth are disengaged and the drive cam is no longer moved. Thus, there is no more power transmission from the camshaft to the piston element.
  • the separating device has a rotatably connected to the camshaft, but slidable along the camshaft drive cam, which has two different circumferential contours, wherein in the first state of the separator the first circumferential contour and in the second state of the separator, the second circumferential contour with the piston element is coupled.
  • the drive cam In the first state of the separating device, the drive cam has a first axial position, from which it is axially displaced, so that it assumes a second axial position on the camshaft in the second state of the separating device.
  • the circumferential contour associated with the first axial position advantageously corresponds to the normal asymmetrical circumferential contour of a drive cam, so that a periodic movement of the piston element can be caused by the eccentric movement of the drive cam.
  • peripheral contour associated with the second axial position is, for example, circular, so that during the rotation of the drive cam there is no deflection of the piston element and no force is transmitted to the piston element.
  • the separating device has two plungers which can be coupled to one another and act on different sections of a single drive cam, wherein in the first state of the separating device the two plungers are coupled together and in the second state the two plungers are decoupled from one another.
  • a tappet is used as a plunger, which has an outer plunger and an inner plunger arranged concentrically therewith.
  • the outer plunger is preferably made shorter than the inner plunger, and acting on the outer plunger two outer portions of the drive cam have an outer contour which projects radially further than that of the inner portion of the drive cam.
  • the outer contour of the outer drive cam is eccentrically shaped as usual, while that of the inner portion is preferably circular.
  • the outer portions of the drive cam transmit a large stroke (full stroke) on the plunger.
  • the central portion of the drive cam provides only a zero stroke, so does not move the inner plunger at all.
  • the outer plunger is still moved by the outer portions of the drive cam, but runs empty, since advantageously stroke, length and position of the two plungers are chosen so that the outer plunger does not come in decoupled movement even with a full stroke in contact with the piston element ,
  • the piston member is not coupled directly to the drive cam, but the mechanical movement of the drive cam is transmitted through the intermediate two plunger to the piston member.
  • the inner plunger forms the piston element.
  • the separating device is advantageously designed so that the piston element is moved only when the two plungers are coupled, but not when the plunger are decoupled and only the outer plunger is moved by the drive cam.
  • a synchronizer may be provided. Such a synchronization is advantageous to ensure that the switching of the separator in the unloaded state, for example, at the top or bottom dead center to avoid unnecessary burden on the separator, or to ensure that the resumed pumping movement with respect to the water injection optimal phase shift occurs.
  • the synchronizing device can have, for example, a radially projecting synchronization segment which revolves with the camshaft and permits a movement of, for example, a shifting claw for the axial displacement of the coupling element or of the drive cam only at certain angular positions of the camshaft. It is also possible to form the synchronizer electronically in a control unit of the pump unit and, for example, to actuate an actuator at the right time to move an actuating means.
  • the state of the separating device can be determined by a control unit depending on the state of aggregation of the water in the working space. In this way it is ensured that the separator does not switch and the pump is not activated, as long as the water is frozen in the working space.
  • control unit states may be, for example, the filling state of a water reservoir or certain operating conditions of the internal combustion engine.
  • the pump can be too low Turn off the fluid level or at certain load ranges where water injection has no advantages.
  • the state of aggregation of the water in the working space may e.g. be derived from an operating temperature of the internal combustion engine and / or a temperature in a water reservoir. In this way, a simple temperature measurement at a readily accessible location is sufficient to decide whether the pump should be switched by switching the separator or not. It is important that it is ensured that the piston element is moved only when the water in the working space is liquid.
  • the control unit can be set so that by default when starting the internal combustion engine, the separator is first switched to its second state and the pump is decoupled from the camshaft and thus turned off.
  • FIG. 1 shows a pump unit 10, with the water or a mixture of water with other liquids such as fuel or alcohol, is pumped by a pump with a movable piston member 12 from a reservoir, not shown, and under high pressure of eg about 200 bar to Injection example, in a combustion chamber, not shown, an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, is provided.
  • a pump unit 10 with the water or a mixture of water with other liquids such as fuel or alcohol, is pumped by a pump with a movable piston member 12 from a reservoir, not shown, and under high pressure of eg about 200 bar to Injection example, in a combustion chamber, not shown, an internal combustion engine, in particular a gasoline engine, is provided.
  • the piston member 12 defines a working space 14 whose volume is periodically changed by the movement of the piston member 12. Via a supply line 16, the water can be introduced from the reservoir into the working space 14. From the working space 14, the water flows under high pressure in an injector 18, which controls the injection into the combustion chamber.
  • the piston member 12 is moved directly by a drive cam 20 which is rotatably mounted on a camshaft 22 of the internal combustion engine.
  • the rotational movement of the eccentrically formed drive cam 20 is transmitted by direct contact to the piston member 12, which is slidably guided in a housing 24 in an axial direction A, and converted into a reciprocal linear movement of the piston member 12.
  • the piston member 12 may be mechanically decoupled from the movement of the drive cam 20 by a separator 26 to turn off the pump.
  • the separator 26 allows power transmission from the drive cam 20 to the piston member 12, such that the piston member 12 periodically reciprocates and the pump delivers water.
  • the piston member 12 is decoupled from the drive cam 20, and there is no power transmission from the drive cam 20 to the piston member 12.
  • the piston member 12 remains at a standstill, and the volume of the working chamber 14 is not changed, so that no water is encouraged.
  • the separating device 26 has an adjusting means 28, here in the form of a movable in two different positions locking pin.
  • the adjusting means 28 is received in a recess 30 in the housing 24 so that the piston member 12 can move freely in the axial direction A in the housing 24.
  • the adjusting means 28 is retracted into the recess 30 so that the piston element 12 can move in the housing 24 again.
  • the displacement of the adjusting means 28 takes place e.g. in a known manner by an actuator, which is in communication with a control unit 32 and is activated by it at the appropriate time.
  • the displacement can be carried out approximately hydraulically or magnetically.
  • a synchronizer not shown in this case is integrated into the control unit 32 and ensures that the actuating means 28 is moved only at a suitable time, and in particular when switching the separator 26 from the first to the second state, the actuating means 28 is moved only when that the piston element 12 is in its top dead center.
  • FIG. 2 a separator 126 of a second embodiment of a pump unit is shown.
  • the pump with the piston element 12, the working chamber 14, the supply line 16 for supplying water and the injector 18 can be designed exactly as described in the first embodiment, it is in FIG. 2 not shown.
  • a drive cam 120 is rotatably supported by a bearing 150 relative to the camshaft 22. In the axial direction AN of the camshaft 22, the drive cam 120 is fixed.
  • the drive cam 120 has an end toothing 152 on one end face.
  • a coupling member 154 which is rotatably connected to the camshaft 22, but in the axial direction of AN with respect to the camshaft 22 is displaced by a certain amount, has on its side facing the drive cam 120 end complementary spur toothing 156.
  • the displacement of the coupling element 154 is here by a Switching claw 158 causes, which can be moved back and forth in the axial direction AN by an actuator, not shown.
  • the shift claw 158 engages in an annular circumferential groove 160 on the coupling element 154 and is in this example constantly in engagement with the coupling element 154th
  • the separation device 126 is in FIG. 2 shown in its second state in which the drive cam 120 does not transmit any force to the piston element of the pump, since no transmission of power from the camshaft 22 to the drive cam 120 takes place because the camshaft 22 rotates freely relative to the drive cam 120.
  • the coupling element 154 In order to transfer the separating device 126 to its first state, the coupling element 154 is moved in the axial direction AN by means of the switching claw 158 in such a way that the serrations 156, 152 of the coupling element 154 and drive cam 120 engage. In the case of FIG. 2 this requires a movement of the coupling element 154 to the right. If the two spur gears 156, 152 are engaged, the drive cam 120 is taken along by the rotation of the coupling element 154 and now rotates with the camshaft 22. Due to the eccentricity of the drive cam 120 this now transmits a force and a movement on the piston element (not shown) of the pump.
  • the coupling element 154 In order to stop the transmission of power between the camshaft and the piston element again, the coupling element 154 is moved in the opposite direction by the switching claw 158 (in FIG FIG. 2 to the left), so that the gears 156, 152 are disengaged.
  • a synchronizer For synchronizing the movement of the drive cam 120 and thus the piston member e.g. with the water injection, a synchronizer is provided. This has a radially projecting from the camshaft 22 Synchronisiersegment 162 which is rotatably connected to the camshaft 22. In the switching claw 158 two circumferentially extending recesses 164 are provided, which are arranged at an axial distance corresponding to the displacement of the coupling element 154 in the two states of the separating device 126.
  • the shift claw 158 can be moved in the axial direction ON only when the synchronizer segment 162 is not engaged with either of the two recesses 164 is.
  • the extent and position of the synchronizer segment 162 along the circumference of the camshaft 22 is therefore selected to ensure that the position of the drive cam 120 with respect to rotation about the camshaft 22 upon engagement of the serrations 156, 152 is the desired timing of movement of the piston member corresponds to the pump.
  • FIG. 3 shows a pump unit 200 with a separator 226 having a non-rotatably connected to the camshaft 22, but in the axial direction AN on the camshaft 22 by a certain extent displaceable drive cam 220.
  • the drive cam 220 has first and second circumferential contours 220 a and 220 b, respectively, formed on axially adjacent portions of the drive cam 220.
  • the first circumferential contour 220a here corresponds to the circumferential contour of the drive cam 120 of the previously described embodiment and is eccentrically shaped.
  • the second circumferential contour 220b is circular in this example, the radius corresponding to the lowest radial extent of the first circumferential contour 220a.
  • the drive cam 220 is here formed in one piece with two sections with the different outer contours 220a, 220b.
  • the drive cam 220 is in a first axial position, in which the first circumferential contour 220a acts on the piston element 12 of the pump. Due to the eccentric contour 220a of the drive cam 220, power is transmitted from the camshaft 22 to the piston member 12 and this is periodically moved up and down.
  • the drive cam 220 is displaced in the axial direction AN against the force of a spring 266 via a switching claw 258 (in FIG FIG. 3 to the right).
  • the second contour 220b of the drive cam 220 now lies in the region of the piston element 12. Due to the circular outer contour but no force is transmitted to the piston member 12 of this portion of the drive cam 220 and this remains at rest.
  • a synchronizer is provided, which ensures that the switching of the separator 226 takes place only at a suitable angular position of the drive cam 220.
  • the synchronizer is here identical to that described in the last embodiment, with a radially projecting from the camshaft 22 synchronizing element 262 and two axially spaced recesses 264 in the shift claw 258th
  • FIG. 4 shows a fourth embodiment of a pump unit 300.
  • the two plungers 370, 372 together form a so-called tappet.
  • the inner plunger 372 is concentrically received in an annular outer plunger 370. In the axial direction A perpendicular to the camshaft 22, the inner plunger 372 extends for a greater distance than the outer plunger 370th
  • the piston member 12 is only in contact with the inner plunger 372, but not in contact with the outer plunger 370.
  • the plunger member 12 may be limited in its extent to the inner plunger 372, or the geometric relationships of the two plungers 370, 372 and of the piston member 12 may be selected so that even with a full stroke of the outer plunger 370 in the decoupled state, the end of the outer plunger 370 does not come into contact with the piston member 12.
  • the drive cam 320 is subdivided into three axial regions, wherein two outer sections 320a and one inner section 320b are formed.
  • the two outer portions 320a have the normal eccentric outer contour of a conventional drive cam having a radial extent corresponding to the desired full stroke of the piston member 12. They are both in the same angular position on the camshaft 22 is arranged.
  • the inner portion 320b is circular in shape with a radius corresponding to the minimum radial extent of the two outer portions 320a.
  • the two outer portions 320a are below the outer plunger 370 and do not come into contact with the inner plunger 372, while the inner portion 320b is below the inner plunger 372 and does not come into contact with the outer plunger 370.
  • the axial dimensions of the sections 320a, 320b are here each smaller than the axial dimensions of the inner and outer plunger 370, 372, wherein between the sections 320a, 320b each have a small clearance is formed.
  • the movement of the actuating means 328 is effected, for example, hydraulically or magnetically by an actuator controlled by a control unit.
  • the adjusting means 328 is as in FIG. 4 shown in both the inner and in the outer plunger 370, 372, the two plungers 370, 372 are mechanically coupled and inevitably move together in the axial direction A.
  • the separator 326 is in its first state in which force from the camshaft 22 on the Piston element 12 is transmitted.
  • the movement of the outer portions 320a is transmitted to the outer tappet 370.
  • the inner plunger 372 is moved over the full stroke of the outer portions 320a.
  • the full stroke of the outer portions 320 a thus transmits to the inner plunger 372 and thus directly to the piston member 12th
  • the adjusting means 328 is shifted so that the two plungers 370, 372 are no longer coupled together.
  • the outer plunger 370 is moved by the two outer portions 320a, while the inner plunger 372 is engaged only with the inner portion 320b.
  • the outer contour of the inner portion 320b is circular, with a radius corresponding to the lower one Dead center of the inner plunger 372 corresponds, remains the inner plunger 372 and as a result, the piston member 12 at rest.
  • the outer plunger 370 moves with the full stroke of the outer portions 320a. However, since there is no contact with the piston element 12, no force is transmitted from the camshaft 22 to this. The piston element 12 remains in its bottom dead center.
  • the movement of the actuator 328 is synchronized with the rotation of the drive cam 320 via a synchronizer, for example, as in the first embodiment via a control unit, not shown here, which causes a displacement of the actuator 328 only when the two plunger 370, 372 are in their bottom dead center.
  • the switching of the separating device 26, 126, 226, 326 takes place here by a control unit, not shown.
  • the control unit sets the switching of the separator 26, 126, 226, 326 here depending on the state of aggregation of the water in the working space 14, so that the pump is not activated, as long as the water is frozen in the working space.
  • the state of aggregation of the water in the working space 14 is not directly detected here, but derived from the temperature of an easily accessible area of the internal combustion engine, e.g. from an operating temperature of the internal combustion engine or a temperature in the water reservoir.
  • the separator 26, 126, 226, 326 for example, activated by default, so put into its second state when the vehicle is turned off.
  • the water injection by switching off the pump and shutdown of the piston member 12 can be turned off even when the internal combustion engine is running in an operating state in which a water injection brings no advantage, for example at low engine load or in overrun, but also when, for example, detects a sensor in that the water storage tank is empty.

Abstract

Eine Pumpeneinheit zur Förderung von Wasser als Einspritzflüssigkeit für eine Verbrennungskraftmaschine weist eine von einer Nockenwelle (22) der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Pumpe auf. Es ist eine Trennvorrichtung (26) zwischen der Nockenwelle (22) und einem beweglichen Kolbenelement (12) der Pumpe, das einen Arbeitsraum (14) begrenzt, vorgesehen, die so ausgelegt ist, dass in einem ersten Zustand der Trennvorrichtung (26) eine Kraftübertragung von der Nockenwelle (22) zum Kolbenelement (12) erfolgt und in einem zweiten Zustand der Trennvorrichtung (26) keine Kraftübertragung zwischen der Nockenwelle (22) und dem Kolbenelement (12) erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Pumpeneinheit zur Förderung von Wasser unter hohem Druck als Einspritzflüssigkeit für eine Verbrennungskraftmaschine.
  • Bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Ottomotoren für Personenkraftfahrzeuge, kann eine Einspritzung von Wasser in die Brennkammern der Zylinder bzw. in einen Abschnitt eines Saugrohrs unmittelbar stromaufwärts der Brennkammer die Fahreigenschaften günstig beeinflussen. Beispielsweise lässt sich eine klopfende Verbrennung unterdrücken und der Wirkungsgrad der Verbrennung und damit die Leistung steigern bzw. der Kraftstoffverbrauch senken.
  • Um das Wasser zuzuführen, kann neben dem Injektor für den Kraftstoff ein weiterer Injektor für das Wasser vorgesehen sein. Dieser wird beispielsweise analog zum Kraftstoff-Injektor von einer weiteren, ebenfalls als Steckpumpe ausgebildeten Pumpe versorgt, die das Wasser aus einem Vorratsbehälter auf das zum Einspritzen erforderliche hohe Druckniveau fördert. Ein Ventil des Injektors sorgt dafür, dass das durch die Pumpe bereitgestellte, unter hohem Druck stehende Wasser zum richtigen Zeitpunkt und in der richtigen Dosis z.B. in die Brennkammer eingespritzt wird.
  • Bekannte Pumpen sind meist direkt mechanisch mit der Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, z.B. über einen eigenen Antriebsnocken auf der Nockenwelle, und werden von dieser permanent angetrieben.
  • Wird das Kraftfahrzeug bei niedrigen Umgebungstemperaturen abgestellt, so muss der Gefahr begegnet werden, dass das Wassereinspritzsystem einfriert, um insbesondere eine Beschädigung der Pumpe durch im Arbeitsraum vorhandenes Eis zu verhindern.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfachen Weg vorzustellen, um die Pumpe zu schützen.
  • Erfindungsgemäß ist hierzu bei einer Pumpeneinheit zur Förderung von Wasser insbesondere unter hohem Druck als Einspritzflüssigkeit für eine Verbrennungskraftmaschine, die eine von einer Nockenwelle der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Pumpe aufweist, eine Trennvorrichtung zwischen der Nockenwelle und einem beweglichen Kolbenelement der Pumpe, das einen Arbeitsraum begrenzt, vorgesehen. Die Trennvorrichtung ist so ausgelegt, dass in einem ersten Zustand der Trennvorrichtung eine Kraftübertragung von der Nockenwelle zum Kolbenelement erfolgt und in einem zweiten Zustand der Trennvorrichtung keine Kraftübertragung zwischen der Nockenwelle und dem Kolbenelement erfolgt.
  • Erfindungsgemäß wird also über eine vorzugsweise mechanisch operierende Trennvorrichtung das Kolbenelement von der weiterhin bewegten Nockenwelle entkoppelt, wenn die Trennvorrichtung von ihrem ersten in ihren zweiten Zustand wechselt. Da dann keine Kraftübertragung mehr auf das Kolbenelement erfolgt, wird dieses auch nicht bewegt, und somit erfolgt keine Volumenänderung des Arbeitsraums. Eventuell im Arbeitsraum vorhandenes Eis erfährt daher keine Krafteinwirkung durch das Kolbenelement, sodass die Pumpe geschützt ist. Durch die Einwirkung der Trennvorrichtung kann das Kolbenelement gezielt in einer Ruheposition bleiben oder sogar arretiert werden, in der es keine Bewegung im Arbeitsraum ausführt. Genauso kann über die Trennvorrichtung das Kolbenelement gezielt wieder in Bewegung versetzt werden.
  • Die Trennvorrichtung ist auch in anderen Fällen einsetzbar, wenn eine Abschaltung der Wassereinspritzung erwünscht ist, beispielsweise bei Betriebszuständen, in denen keine Leistungsverbesserung oder Verbrauchsminderung durch Wassereinspritzung zu erwarten ist.
  • Auch wenn in dieser Anmeldung lediglich die Rede von Wasser als Einspritzflüssigkeit ist, so wird hierunter neben reinem Wasser auch eine Mischung von Wasser mit anderen Flüssigkeiten, beispielsweise Kraftstoff oder einem Alkohol, verstanden.
  • Im ersten Zustand der Trennvorrichtung überträgt vorzugsweise ein mit der Nockenwelle mitdrehender Antriebsnocken eine Bewegung auf das Kolbenelement. Hierbei kann es sich um eine direkte Kraftübertragung mit einem direkten mechanischen Kontakt zwischen dem Antriebsnocken und dem Kolbenelement handeln, es ist aber auch möglich, ein oder mehrere Bauteile, beispielsweise einen vom Antriebsnocken angetriebenen Stößel zwischen den Antriebsnocken und das Kolbenelement zwischenzuschalten.
  • In einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Trennvorrichtung ein Stellmittel auf, das das Kolbenelement im zweiten Zustand der Trennvorrichtung im seinem oberen Totpunkt fixiert.
  • Das Stellmittel kann beispielsweise ein in zwei unterschiedliche Positionen bewegliches Verriegelungselement, zum Beispiel ein Verriegelungsstift sein.
  • Bei einer Fixierung im oberen Totpunkt kommt der Antriebsnocken zwar an einer Stelle seiner Drehung um die Nockenwelle in Kontakt mit dem Kolbenelement (bzw. einem das Kolbenelement bewegenden Bauteil), kann dort aber keine Kraft übertragen. Das Kolbenelement wird demnach nicht bewegt.
  • Das Stellmittel kann beispielsweise unter das Kolbenelement greifen, um dieses im oberen Totpunkt zu fixieren, oder es kann zu diesem Zweck in eine im Kolben ausgebildete Ausnehmung eingreifen.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass sich durch die Position im oberen Totpunkt das Wasser weitgehend aus dem Arbeitsraum verdrängen lässt.
  • Das Stellmittel ist vorzugsweise linear verschiebbar angeordnet. Die Verschiebung kann zum Beispiel hydraulisch oder magnetisch erfolgen, gesteuert durch einen Aktuator, der vorteilhaft in Verbindung mit einer Steuerelektronik der Pumpeneinheit steht.
  • In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Trennvorrichtung ein drehfest mit der Nockenwelle verbundenes, entlang der Nockenwelle verschiebbares Kupplungselement sowie einen drehbar auf der Nockenwelle gelagerten Antriebsnocken. Im ersten Zustand der Trennvorrichtung ist das Kupplungselement drehfest mit dem Antriebnocken verbunden, und im zweiten Zustand der Trennvorrichtung ist das Kupplungselement vom Antriebsnocken entkoppelt.
  • Der Antriebsnocken ist so gelagert, dass sich die Nockenwelle relativ zu diesem frei drehen kann, ist jedoch axial unverschieblich auf der Nockenwelle gehalten.
  • An einer Stirnseite weist der Antriebsnocken vorzugsweise eine Verzahnung auf, die komplementär zu einer stirnseitigen Verzahnung des Kupplungselements geformt ist. Das Kupplungselement lässt sich beispielsweise über eine Schaltklaue bewegen, die von einem Aktuator parallel zur Längsrichtung der Nockenwelle verschoben wird. Der Verschiebeweg in axialer Richtung ist so groß gewählt, dass die Verzahnungen von Kupplungselement und Antriebsnocken sowohl komplett in Eingriff miteinander als auch vollständig außer Eingriff gebracht werden können. Da das Kupplungselement drehfest mit der Nockenwelle verbunden ist, wird der Antriebsnocken mitgenommen und rotiert zusammen mit der Nockenwelle, solange die Verzahnungen von Kupplungselement und Antriebsnocken in Eingriff sind.
  • Um die Trennvorrichtung in den zweiten Zustand zu überführen, wird das Kupplungselement axial vom Antriebsnocken wegbewegt, sodass die Verzahnungen außer Eingriff geraten und der Antriebsnocken nicht mehr mitbewegt wird. Somit erfolgt keine Kraftübertragung mehr von der Nockenwelle zum Kolbenelement.
  • Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform weist die Trennvorrichtung einen drehfest mit der Nockenwelle verbundenen, aber entlang der Nockenwelle verschiebbaren Antriebsnocken auf, der zwei unterschiedliche Umfangskonturen hat, wobei im ersten Zustand der Trennvorrichtung die erste Umfangskontur und im zweiten Zustand der Trennvorrichtung die zweite Umfangskontur mit dem Kolbenelement gekoppelt ist. Im ersten Zustand der Trennvorrichtung hat der Antriebsnocken eine erste axiale Position, aus der er axial verschoben wird, sodass er im zweiten Zustand der Trennvorrichtung eine zweite axiale Position auf der Nockenwelle einnimmt.
  • Die zur ersten axialen Position zugehörige Umfangskontur entspricht vorteilhaft der normalen asymmetrischen Umfangskontur eines Antriebsnockens, sodass eine periodische Bewegung des Kolbenelements durch die exzentrische Bewegung des Antriebsnockens hervorgerufen werden kann.
  • Die zur zweiten axialen Position zugehörige Umfangskontur ist hingegen beispielsweise kreisförmig gewählt, sodass während der Rotation des Antriebsnockens keine Auslenkung des Kolbenelements und keine Kraftübertragung auf das Kolbenelement erfolgt.
  • Die Bewegung des Antriebsnocken aus der ersten in die zweite axiale Position kann beispielsweise mittels einer durch einen Aktuator gesteuerten Schaltklaue erfolgen, während die Rückstellung vorteilhaft durch Einwirkung einer Feder bewerkstelligt wird. Erfindungsgemäß wird dieses Prinzip angewendet, um die Bewegung des Kolbenelements vollständig zu unterbinden, sodass eine mechanische Entkopplung der Pumpe von der Nockenwelle erzielt wird.
  • Nach einer vierten bevorzugten Ausführungsform weist die Trennvorrichtung zwei miteinander koppelbare Stößel auf, auf die unterschiedliche Abschnitte eines einzelnen Antriebsnockens einwirken, wobei im ersten Zustand der Trennvorrichtung die beiden Stößel miteinander gekoppelt sind und im zweiten Zustand die beiden Stößel voneinander entkoppelt sind. Vorzugsweise wird als Stößel ein Tassenstößel verwendet, der einen äußeren Stößel und einen konzentrisch dazu angeordneten inneren Stößel aufweist. Der äußere Stößel ist vorzugsweise kürzer gestaltet als der innere Stößel, und die auf den äußeren Stößel einwirkenden beiden äußeren Abschnitte des Antriebsnockens haben eine Außenkontur, die radial weiter hinausragt als die des inneren Abschnitts des Antriebsnockens. Die Außenkontur des äußeren Antriebsnockens ist wie gewöhnlich exzentrisch geformt, während die des inneren Abschnitts vorzugsweise kreisförmig ausgebildet ist.
  • Im ersten Zustand der Trennvorrichtung, in dem die beiden Stößel miteinander gekoppelt sind, übertragen die äußeren Abschnitte des Antriebsnockens eine große Hubbewegung (Vollhub) auf die Stößel. Im zweiten Zustand, bei Entkopplung der beiden Stößel, liefert der mittlere Abschnitt des Antriebsnockens lediglich einen Nullhub, bewegt also den inneren Stößel überhaupt nicht. Der äußere Stößel wird zwar durch die äußeren Abschnitte des Antriebsnockens weiterhin bewegt, läuft aber leer, da vorteilhaft Hub, Länge und Position der beiden Stößel so gewählt sind, dass der äußere Stößel bei entkoppelter Bewegung auch bei einem Vollhub nicht in Kontakt mit dem Kolbenelement kommt.
  • In diesem Fall ist vorzugsweise das Kolbenelement nicht direkt mit dem Antriebsnocken gekoppelt, sondern die mechanische Bewegung des Antriebsnockens wird durch die zwischengeschalteten beiden Stößel auf das Kolbenelement übertragen. Es wäre jedoch auch denkbar, dass der innere Stößel das Kolbenelement bildet.
  • Die Trennvorrichtung ist vorteilhaft so ausgebildet, dass das Kolbenelement nur bewegt wird, wenn die beiden Stößel gekoppelt sind, nicht aber, wenn die Stößel entkoppelt sind und nur der äußere Stößel durch den Antriebsnocken bewegt wird.
  • Um einen Übergang der Trennvorrichtung von deren ersten zu deren zweiten Zustand mit der Drehung der Nockenwelle zu synchronisieren, kann eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen sein. Eine derartige Synchronisierung ist von Vorteil, um sicherzustellen, dass die Umschaltung der Trennvorrichtung im unbelasteten Zustand, beispielsweise im oberen oder unteren Totpunkt erfolgt, um eine unnötige Belastung der Trennvorrichtung zu vermeiden, bzw. um sicherzustellen, dass die wiederaufgenommene Pumpbewegung bezüglich der Wassereinspritzung mit der optimalen Phasenverschiebung erfolgt.
  • Die Synchronisiereinrichtung kann beispielsweise ein mit der Nockenwelle umlaufendes, radial vorstehendes Synchronisierungssegment aufweisen, das eine Bewegung etwa einer Schaltklaue zur axialen Verschiebung des Kupplungselements bzw. des Antriebsnockens nur bei bestimmten Winkelstellungen der Nockenwelle zulässt. Es ist auch möglich, die Synchronisiereinrichtung elektronisch in einer Steuereinheit der Pumpeneinheit auszubilden und beispielsweise einen Aktuator zum richtigen Zeitpunkt zu betätigen, um ein Stellmittel zu bewegen.
  • Der Zustand der Trennvorrichtung kann durch eine Steuereinheit abhängig vom Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum festgelegt werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Trennvorrichtung nicht umgeschaltet und die Pumpe nicht aktiviert wird, solange das Wasser im Arbeitsraum gefroren ist.
  • Andere von der Steuereinheit überwachte Zustände können beispielsweise der Füllzustand eines Wasser-Vorratsbehälters oder bestimmte Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine sein. So lässt sich die Pumpe auch bei zu geringem Füllstand oder bei bestimmten Lastbereichen, in denen eine Wassereinspritzung keine Vorteile bringt, abschalten.
  • Der Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum kann z.B. von einer Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Temperatur in einem Wasser-Vorratsbehälter abgeleitet werden. Auf diese Weise ist eine einfache Temperaturmessung an gut zugänglicher Stelle ausreichend, um zu entscheiden, ob die Pumpe durch Umschalten der Trennvorrichtung zugeschaltet werden soll oder nicht. Wichtig ist, dass sichergestellt ist, dass das Kolbenelement nur bewegt wird, wenn das Wasser im Arbeitsraum flüssig ist.
  • Die Steuereinheit kann so eingestellt sein, dass standardmäßig beim Starten der Verbrennungskraftmaschine die Trennvorrichtung zunächst in ihren zweiten Zustand geschaltet und die Pumpe von der Nockenwelle entkoppelt und damit abgeschaltet ist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
    • Figur 1 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit gemäß einer dritten Ausführungsform; und
    • Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Pumpeneinheit gemäß einer vierten Ausführungsform.
  • Figur 1 zeigt eine Pumpeneinheit 10, mit der Wasser bzw. ein Gemisch von Wasser mit anderen Flüssigkeiten wie beispielsweise Kraftstoff oder einem Alkohol, durch eine Pumpe mit einem beweglichen Kolbenelement 12 aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter gefördert wird und unter hohem Druck von z.B. ca. 200 bar zum Einspritzen z.B. in eine nicht dargestellte Brennkammer einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, zur Verfügung gestellt wird.
  • Das Kolbenelement 12 begrenzt einen Arbeitsraum 14, dessen Volumen sich durch die Bewegung des Kolbenelements 12 periodisch verändert. Über eine Zuleitung 16 kann das Wasser aus dem Vorratsbehälter in den Arbeitsraum 14 eingebracht werden. Aus dem Arbeitsraum 14 strömt das Wasser unter hohem Druck in einen Injektor 18, der das Einspritzen in die Brennkammer steuert.
  • In der ersten Ausführungsform wird das Kolbenelement 12 direkt von einem Antriebsnocken 20 bewegt, der drehfest auf einer Nockenwelle 22 der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Rotationsbewegung des exzentrisch ausgebildeten Antriebsnockens 20 wird durch direkten Kontakt auf das Kolbenelement 12 übertragen, das in einer Axialrichtung A verschiebbar in einem Gehäuse 24 geführt ist, und in eine reziproke lineare Bewegung des Kolbenelements 12 umgesetzt.
  • Das Kolbenelement 12 kann durch eine Trennvorrichtung 26 mechanisch von der Bewegung des Antriebsnockens 20 entkoppelt werden, um die Pumpe abzuschalten.
  • In einem (nicht dargestellten) ersten Zustand lässt die Trennvorrichtung 26 die Kraftübertragung vom Antriebsnocken 20 auf das Kolbenelement 12 zu, sodass sich das Kolbenelement 12 periodisch hin und her bewegt und die Pumpe Wasser fördert.
  • Im in Figur 1 gezeigten zweiten Zustand der Trennvorrichtung 26 ist hingegen das Kolbenelement 12 vom Antriebsnocken 20 entkoppelt, und es erfolgt keine Kraftübertragung vom Antriebsnocken 20 auf das Kolbenelement 12. Das Kolbenelement 12 bleibt im Stillstand, und das Volumen des Arbeitsraums 14 wird nicht verändert, sodass auch kein Wasser gefördert wird.
  • Im gezeigten Beispiel hat die Trennvorrichtung 26 ein Stellmittel 28, hier in Form eines in zwei unterschiedliche Positionen beweglichen Verriegelungsstifts.
  • In einer ersten Position (nicht gezeigt) ist das Stellmittel 28 so in einer Ausnehmung 30 im Gehäuse 24 aufgenommen, dass sich das Kolbenelement 12 in Axialrichtung A im Gehäuse 24 frei bewegen kann.
  • In seiner in Figur 1 gezeigten zweiten Position ragt das Stellmittel 28 hingegen in den Verschiebeweg des Kolbenelements 12 hinein und blockiert dieses im oberen Totpunkt seiner Bewegung. Das Kolbenelement 12 ist nun fixiert, und der Antriebsnocken 20 rotiert ohne Kraftübertragung auf das Kolbenelement 12.
  • Um die Trennvorrichtung 26 wieder in ihren ersten Zustand zu überführen, wird das Stellmittel 28 in die Ausnehmung 30 zurückgezogen, sodass sich das Kolbenelement 12 wieder im Gehäuse 24 bewegen kann.
  • Die Verschiebung des Stellmittels 28 erfolgt z.B. auf bekannte Weise durch einen Aktuator, der mit einer Steuereinheit 32 in Verbindung steht und von dieser zum geeigneten Zeitpunkt aktiviert wird. Die Verschiebung kann etwa hydraulisch oder magnetisch erfolgen.
  • Eine nicht näher dargestellte Synchronisiereinrichtung ist in diesem Fall in die Steuereinheit 32 integriert und sorgt dafür, dass das Stellmittel 28 nur zu einem geeigneten Zeitpunkt bewegt wird, und insbesondere beim Umschalten der Trennvorrichtung 26 vom ersten zum zweiten Zustand das Stellmittel 28 nur verschoben wird, wenn das sich das Kolbenelement 12 in seinem oberen Totpunkt befindet.
  • In Figur 2 ist eine Trennvorrichtung 126 einer zweiten Ausführungsform einer Pumpeneinheit dargestellt. Die Pumpe mit dem Kolbenelement 12, dem Arbeitsraum 14, der Zuleitung 16 zur Wasserzufuhr und dem Injektor 18 kann genauso ausgebildet sein wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, sie ist in Figur 2 nicht dargestellt.
  • Auf der Nockenwelle 22 ist ein Antriebsnocken 120 mittels eines Lagers 150 gegenüber der Nockenwelle 22 drehbar gelagert. In Axialrichtung AN der Nockenwelle 22 ist der Antriebsnocken 120 fixiert. Der Antriebsnocken 120 weist an einer Stirnseite eine Stirnverzahnung 152 auf.
  • Ein Kupplungselement 154, das drehfest mit der Nockenwelle 22 verbunden ist, aber in Axialrichtung AN bezüglich der Nockenwelle 22 um einen gewisses Maß verschiebbar ist, hat an seiner zum Antriebsnocken 120 gewandten Stirnseite eine komplementäre Stirnverzahnung 156. Die Verschiebung des Kupplungselements 154 wird hier durch eine Schaltklaue 158 bewirkt, die von einem nicht dargestellten Aktuator in Axialrichtung AN vor und zurück bewegt werden kann.
  • Die Schaltklaue 158 greift in eine ringförmig umlaufende Nut 160 am Kupplungselement 154 ein und ist in diesem Beispiel ständig in Eingriff mit dem Kupplungselement 154.
  • Die Trennvorrichtung 126 ist in Figur 2 in ihrem zweiten Zustand gezeigt, in dem der Antriebsnocken 120 keine Kraft auf das Kolbenelement der Pumpe überträgt, da keine Kraftübertragung von der Nockenwelle 22 auf den Antriebsnocken 120 erfolgt, weil sich die Nockenwelle 22 frei gegenüber dem Antriebsnocken 120 dreht.
  • Um die Trennvorrichtung 126 in ihren ersten Zustand zu überführen, wird mittels der Schaltklaue 158 das Kupplungselement 154 in Axialrichtung AN so bewegt, dass die Stirnverzahnungen 156, 152 von Kupplungselement 154 und Antriebsnocken 120 in Eingriff kommen. Im Fall der Figur 2 erfordert dies eine Bewegung des Kupplungselements 154 nach rechts. Sind die beiden Stirnverzahnungen 156, 152 in Eingriff, so wird der Antriebsnocken 120 durch die Drehung des Kupplungselements 154 mitgenommen und dreht sich nun mit der Nockenwelle 22 mit. Aufgrund der Exzentrizität des Antriebsnockens 120 überträgt dieser nun eine Kraft und eine Bewegung auf das (nicht dargestellte) Kolbenelement der Pumpe.
  • Um die Kraftübertragung zwischen der Nockenwelle und dem Kolbenelement wieder zu stoppen, wird das Kupplungselement 154 durch die Schaltklaue 158 in die entgegengesetzte Richtung bewegt (in Figur 2 nach links), sodass die Verzahnungen 156, 152 außer Eingriff geraten.
  • Zur Synchronisierung der Bewegung des Antriebsnockens 120 und damit des Kolbenelements z.B. mit der Wassereinspritzung ist eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen. Diese weist ein radial von der Nockenwelle 22 abstehendes Synchronisiersegment 162 auf, das drehfest mit der Nockenwelle 22 verbunden ist. In der Schaltklaue 158 sind zwei in Umfangrichtung verlaufende Ausnehmungen 164 vorgesehen, die in einem axialen Abstand angeordnet sind, der der Verschiebung des Kupplungselements 154 in den beiden Zuständen der Trennvorrichtung 126 entspricht.
  • Die Schaltklaue 158 kann in Axialrichtung AN nur bewegt werden, wenn das Synchronisiersegment 162 gerade nicht in Eingriff mit einer der beiden Ausnehmungen 164 ist. Die Ausdehnung und die Position des Synchronisiersegments 162 entlang des Umfangs der Nockenwelle 22 ist daher so gewählt, dass sichergestellt ist, dass die Position des Antriebsnockens 120 bezüglich der Rotation um die Nockenwelle 22 bei Eingriff der Verzahnungen 156, 152 dem gewünschten Timing der Bewegung des Kolbenelements der Pumpe entspricht.
  • Es wäre auch möglich, wie im ersten Beispiel, die Bewegung der Schaltklaue 158 über eine Steuereinheit zu synchronisieren.
  • Figur 3 zeigt eine Pumpeneinheit 200 mit einer Trennvorrichtung 226, die einen mit der Nockenwelle 22 drehfest verbundenen, aber in Axialrichtung AN auf der Nockenwelle 22 um ein gewisses Maß verschiebbaren Antriebsnocken 220 aufweist. Der Antriebsnocken 220 hat eine erste und eine zweite Umfangskontur 220a bzw. 220b, die an axial nebeneinanderliegenden Abschnitten des Antriebsnockens 220 ausgebildet sind. Die erste Umfangskontur 220a entspricht hier der Umfangskontur des Antriebsnockens 120 der vorher beschriebenen Ausführungsform und ist exzentrisch geformt. Die zweite Umfangskontur 220b hingegen ist in diesem Beispiel kreisförmig, wobei der Radius dem der geringsten radialen Ausdehnung der ersten Umfangskontur 220a entspricht. Der Antriebsnocken 220 ist hier einstückig mit zwei Abschnitten mit den unterschiedlichen Außenkonturen 220a, 220b ausgebildet.
  • Im dem in Figur 3 gezeigten ersten Zustand der Trennvorrichtung 226 befindet sich der Antriebsnocken 220 in einer ersten axialen Position, in der die erste Umfangskontur 220a auf das Kolbenelement 12 der Pumpe einwirkt. Aufgrund der exzentrischen Kontur 220a des Antriebsnockens 220 wird Kraft von der Nockenwelle 22 auf das Kolbenelement 12 übertragen und dieses periodisch auf und ab bewegt.
  • Zum Umschalten der Trennvorrichtung 226 in ihren zweiten Zustand wird über eine Schaltklaue 258 der Antriebsnocken 220 entgegen der Kraft einer Feder 266 in Axialrichtung AN verschoben (in Figur 3 nach rechts). Dies führt dazu, dass nun die zweite Kontur 220b des Antriebsnockens 220 im Bereich des Kolbenelements 12 liegt. Aufgrund der kreisförmigen Außenkontur wird aber von diesem Abschnitt des Antriebsnockens 220 keine Kraft auf das Kolbenelement 12 übertragen und dieses bleibt in Ruhe.
  • Zum Zurückstellen der Trennvorrichtung 226 in ihren ersten Zustand wird die Schaltklaue 258 zurückbewegt (in Figur 3 nach links), wodurch durch die Kraft der Feder 266 der Antriebsnocken 220 wieder in seine erste axiale Position zurückbewegt wird, in der die erste Kontur 220a auf das Kolbenelement 12 einwirkt.
  • Auch in diesem Beispiel ist eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen, die sicherstellt, dass das Umschalten der Trennvorrichtung 226 nur bei einer geeigneten Winkelstellung des Antriebsnockens 220 erfolgt. Die Synchronisiereinrichtung ist hier identisch zu der im letzten Ausführungsbeispiel beschriebenen ausgebildet, mit einem von der Nockenwelle 22 radial abstehenden Synchronisierelement 262 und zwei in axialem Abstand angeordneten Ausnehmungen 264 in der Schaltklaue 258.
  • Figur 4 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Pumpeneinheit 300.
  • Hier ist ein aus zwei koppelbaren Stößeln 370, 372 zusammengesetztes Bauteil zwischen einem Antriebsnocken 320, der drehfest auf der Nockenwelle 22 befestigt ist und dem im Gehäuse 24 verschiebbaren Kolbenelement 12 der Pumpe zwischengeschaltet. Die beiden Stößel 370, 372 bilden zusammen einen sogenannten Tassenstößel. Der innere Stößel 372 ist konzentrisch in einem ringförmigen äußeren Stößel 370 aufgenommen. In Axialrichtung A senkrecht zur Nockenwelle 22 erstreckt sich der innere Stößel 372 um eine größere Strecke als der äußere Stößel 370.
  • Das Kolbenelement 12 ist lediglich in Kontakt mit dem inneren Stößel 372, aber nicht in Kontakt mit dem äußeren Stößel 370. Das Kolbenelement 12 kann z.B.in seiner Ausdehnung auf den inneren Stößel 372 beschränkt sein, oder die geometrischen Verhältnisse der beiden Stößel 370, 372 und des Kolbenelements 12 können so gewählt sein, dass auch bei einem Vollhub des äußeren Stößels 370 im entkoppelten Zustand das Ende des äußeren Stößels 370 nicht in Kontakt mit dem Kolbenelement 12 gerät.
  • Der Antriebsnocken 320 ist in drei axiale Bereiche untergliedert, wobei zwei äußere Abschnitte 320a und ein innerer Abschnitt 320b ausgebildet sind. Die beiden äußeren Abschnitte 320a haben die normale exzentrische Außenkontur eines gewöhnlichen Antriebsnockens mit einer radialen Erstreckung, die dem erwünschten Vollhub des Kolbenelements 12 entspricht. Sie sind beide in der gleichen Winkelstellung auf der Nockenwelle 22 angeordnet. Der innere Abschnitt 320b ist hingegen in diesem Beispiel kreisförmig ausgebildet mit einem Radius, der der minimalen radialen Erstreckung der beiden äußeren Abschnitte 320a entspricht.
  • Die beiden äußeren Abschnitte 320a liegen unterhalb des äußeren Stößels 370 und kommen nicht in Kontakt mit dem inneren Stößel 372, während der innere Abschnitt 320b unter dem inneren Stößel 372 liegt und nicht in Kontakt mit dem äußeren Stößel 370 kommt. Die axiale Abmessung der Abschnitte 320a, 320b sind hier jeweils kleiner als die axialen Abmessungen des inneren und des äußeren Stößels 370, 372, wobei zwischen den Abschnitten 320a, 320b jeweils ein kleiner Zwischenraum ausgebildet ist.
  • Die Kopplung der beiden Stößel 370, 372 erfolgt über ein Stellmittel 328, hier in Form eines Verbindungsstiftes, das verschieblich in einer Ausnehmung 330 aufgenommen ist, die sich durch den äußeren Stößel 370 hindurch bis in den inneren Stößel 372 erstreckt. Die Bewegung des Stellmittels 328 wird wie in der ersten Ausführungsform beschrieben durch einen von einer Steuereinheit angesteuerten Aktuator beispielsweise hydraulisch oder magnetisch bewerkstelligt.
  • Liegt das Stellmittel 328 wie in Figur 4 gezeigt sowohl im inneren als auch im äußeren Stößel 370, 372, so sind die beiden Stößel 370, 372 mechanisch gekoppelt und bewegen sich zwangsläufig gemeinsam in Axialrichtung A. Die Trennvorrichtung 326 befindet in ihrem ersten Zustand, in dem Kraft von der Nockenwelle 22 auf das Kolbenelement 12 übertragen wird. Die Bewegung der äußeren Abschnitte 320a wird auf den äußeren Stößel 370 übertragen. Über die Kopplung mittels des Stellmittels 328 wird der innere Stößel 372 über den vollen Hub der äußeren Abschnitte 320a bewegt. Der volle Hub der äußeren Abschnitte 320a überträgt sich somit auf den inneren Stößel 372 und damit direkt auf das Kolbenelement 12.
  • Zum Umschalten der Trennvorrichtung 326 in deren zweiten Zustand wird das Stellmittel 328 so verschoben, dass die beiden Stößel 370, 372 nicht mehr miteinander gekoppelt sind. Infolgedessen wird nur noch der äußere Stößel 370 von den beiden äußeren Abschnitten 320a bewegt, während auf den inneren Stößel 372 ausschließlich der innere Abschnitt 320b einwirkt. Da aber die Außenkontur des inneren Abschnitts 320b kreisförmig ist, mit einem Radius, der dem unteren Totpunkt des inneren Stößels 372 entspricht, bleibt der innere Stößel 372 und infolge dessen auch das Kolbenelement 12 in Ruhe.
  • Der äußere Stößel 370 hingegen bewegt sich mit dem vollen Hub der äußeren Abschnitte 320a. Da aber kein Kontakt zum Kolbenelement 12 erfolgt, wird auf dieses auch keine Kraft von der Nockenwelle 22 übertragen. Das Kolbenelement 12 bleibt in seinem unteren Totpunkt liegen.
  • Auch hier ist vorzugsweise die Bewegung des Stellmittels 328 mit der Drehung des Antriebsnockens 320 über eine Synchronisiereinrichtung synchronisiert, beispielsweise wie in der ersten Ausführungsform über eine hier nicht gezeigte Steuereinheit, die eine Verschiebung des Stellmittels 328 nur dann veranlasst, wenn sich die beiden Stößel 370, 372 in ihrem unteren Totpunkt befinden.
  • Das Umschalten der Trennvorrichtung 26, 126, 226, 326 erfolgt hier durch eine nicht näher dargestellte Steuereinheit.
  • Die Steuereinheit legt das Umschalten der Trennvorrichtung 26, 126, 226, 326 hier abhängig vom Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum 14 fest, sodass die Pumpe nicht aktiviert wird, solange das Wasser im Arbeitsraum gefroren ist.
  • Der Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum 14 wird hier nicht direkt erfasst, sondern von der Temperatur eines leichter zugänglichen Bereichs der Verbrennungskraftmaschine abgeleitet, z.B. von einer Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine oder einer Temperatur im Wasservorratsbehälter.
  • Die Trennvorrichtung 26, 126, 226, 326 wird beispielsweise standardmäßig aktiviert, also in ihren zweiten Zustand versetzt, wenn das Fahrzeug abgestellt wird.
  • Alternativ kann die Wassereinspritzung durch Abschalten der Pumpe und Stilllegen des Kolbenelements 12 auch dann abgestellt werden, wenn die Verbrennungskraftmaschine in einem Betriebszustand läuft, in dem eine Wassereinspritzung keinen Vorteil bringt, beispielsweise bei niedriger Motorlast oder im Schubbetrieb, aber auch, wenn beispielsweise ein Sensor detektiert, dass der Wasservorratstank leer ist.
  • Die einzelnen Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen lassen sich im Ermessen des Fachmanns gegeneinander austauschen oder miteinander kombinieren.

Claims (10)

  1. Pumpeneinheit zur Förderung von Wasser als Einspritzflüssigkeit für eine Verbrennungskraftmaschine, die eine von einer Nockenwelle (22) der Verbrennungskraftmaschine angetriebene Pumpe aufweist,
    wobei eine Trennvorrichtung (26 - 326) zwischen der Nockenwelle (22) und einem beweglichen Kolbenelement (12) der Pumpe, das einen Arbeitsraum (14) begrenzt, vorgesehen ist, die so ausgelegt ist, dass in einem ersten Zustand der Trennvorrichtung (26 - 326) eine Kraftübertragung von der Nockenwelle (22) zum Kolbenelement (12) erfolgt und in einem zweiten Zustand der Trennvorrichtung (26 - 326) keine Kraftübertragung zwischen der Nockenwelle (22) und dem Kolbenelement (12) erfolgt.
  2. Pumpeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Zustand der Trennvorrichtung ein mit der Nockenwelle mitdrehender Antriebsnocken (20 - 320) eine Bewegung auf das Kolbenelement (12) überträgt.
  3. Pumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (26) ein Stellmittel (28) aufweist, das das Kolbenelement (12) im ersten Zustand der Trennvorrichtung (26) in seinem oberen Totpunkt fixiert.
  4. Pumpeneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (28) ein in zwei unterschiedliche Positionen bewegliches Verriegelungselement, insbesondere ein Verriegelungsstift ist.
  5. Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (126) ein drehfest mit der Nockenwelle (22) verbundenes, entlang der Nockenwelle (22) verschiebbares Kupplungselement (154) sowie einen drehbar auf der Nockenwelle (22) gelagerten Antriebsnocken (120) umfasst, wobei im ersten Zustand der Trennvorrichtung (126) das Kupplungselement (154) drehfest mit dem Antriebnocken (120) verbunden ist und im zweiten Zustand der Trennvorrichtung (126) das Kupplungselement (154) vom Antriebsnocken (120) entkoppelt ist.
  6. Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (226) einen drehfest mit der Nockenwelle (22) verbundenen, entlang der Nockenwelle (22) verschiebbaren Antriebsnocken (220) hat, der zwei unterschiedliche Umfangskonturen (220a, 220b) aufweist, wobei im ersten Zustand der Trennvorrichtung (226) die erste Umfangskontur (220a) und im zweiten Zustand die zweite Umfangskontur (220b) mit dem Kolbenelement (12) gekoppelt ist.
  7. Pumpeneinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung (326) zwei miteinander koppelbare Stößel (370, 372) aufweist, auf die unterschiedliche Abschnitte (320a, 320b) eines Antriebsnocken (320) einwirken, wobei im ersten Zustand der Trennvorrichtung (326) die beiden Stößel (370, 372) miteinander gekoppelt und im zweiten Zustand die beiden Stößel (370, 372) voneinander entkoppelt sind.
  8. Pumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Synchronisiereinrichtung vorgesehen ist, die einen Übergang der Trennvorrichtung (26 - 326) von deren ersten zu deren zweiten Zustand mit der Drehung der Nockenwelle (22) synchronisiert.
  9. Pumpeneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit (32) vorgesehen ist, die den Zustand der Trennvorrichtung (26 - 326) abhängig vom Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum (14) festlegt.
  10. Pumpeneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Aggregatszustand des Wassers im Arbeitsraum (14) von einer Betriebstemperatur der Verbrennungskraftmaschine und/oder einer Temperatur in einem WasserVorratsbehälter abgeleitet wird.
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