WO2009000699A1 - Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung, die über den ventiltrieb einer brennkraftmaschine angetrieben wird - Google Patents

Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung, die über den ventiltrieb einer brennkraftmaschine angetrieben wird Download PDF

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Friedrich Boecking
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Definitions

  • High pressure fuel pump assembly which is driven by the valve train of an internal combustion engine
  • the present invention relates to a high pressure fuel pump assembly having a
  • Pump housing for the operation of a self-igniting internal combustion engine with a low-pressure and a high pressure circuit and at least one mounted in a cylinder head of the internal combustion engine valve camshaft operable.
  • High pressure circuit connected to high pressure accumulator.
  • fuel is sucked from the low-pressure circuit by movement of the pump piston on the valve train of the engine, compressed to high pressure and transported to the high-pressure accumulator.
  • the amount of fuel to be compressed is controlled by a solenoid valve.
  • this object is achieved in that the pump housing is formed by the surrounding cylinder head of the internal combustion engine. As a result, it is possible to completely eliminate a pump housing because the pump is fully integrated with the cylinder head.
  • the high-pressure fuel pump is in an additional chamber of the cylinder head of the internal combustion engine at the end of the valve camshaft placed.
  • the advantage here is the simple structural design of the cylinder head of the internal combustion engine.
  • a plurality of pistons of the high pressure fuel pump are each driven by a separate valve camshaft.
  • the pistons of the high-pressure fuel pump are all arranged parallel to one another and perpendicular to the surface spanned by the axes of the valve camshafts. This has the advantage that in the production of the holes for the valves and injectors, the holes of the pump piston can be easily mitgesenkt.
  • the polygonal design of the valve camshaft is designed as a double cam. This has the advantage that the number of
  • Pump piston can be reduced and still sufficient filling of the high-pressure accumulator is guaranteed.
  • these are arranged at an angle of 90 ° to each other in a number of two pump pistons and are driven together via a double cam of a valve camshaft. This makes it possible to achieve synchronous delivery in an internal combustion engine with 4 cylinders and 2 valves per cylinder, even with minimal torque.
  • Camshafts the double cam rotated by 90 ° to each other. By this measure, a synchronous promotion is accomplished even with valve camshafts with double cams.
  • a high-pressure valve is present per pump piston. As a result, the line volume is reduced in the pressure build-up, the piston chambers of the individual pump piston do not affect each other and thus interference effects are reduced.
  • the suction valves present in a corresponding number of pistons are accessible from the outside via a corresponding number of detachable closure lids in the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the closure cap are pressed into the cylinder head of the internal combustion engine.
  • the high-pressure fuel pump is arranged lying down. This has the advantage that in the case of a traffic accident with the vehicle in which the internal combustion engine is installed, the risk of injury to persons is reduced because the pump does not protrude upwards. In addition, the pump is shielded by the surrounding parts and thus better protected against damage.
  • FIG. 1 shows a high pressure pump arrangement in section along the pump piston perpendicular to the valve camshafts with a high pressure valve according to a first embodiment, - A -
  • FIG. 2 shows a high-pressure pump arrangement in section along the pump piston perpendicular to the valve camshafts with two high-pressure valves according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a high-pressure pump arrangement in section along the pump piston perpendicular to a valve camshaft with two pump pistons arranged at an angle of 90 ° to one another, which are driven via a double cam according to a third embodiment.
  • the pistons 3 a and 3 b of the high-pressure fuel pump are biased by springs via a respective roller and a roller guard against the polygonal formations 4 a and 4 b of the respective valve camshaft 2 a and 2 b.
  • the piston chambers 10a and 1 Ob are each one hand with a suction valve 6a and 6b and on the other hand in
  • the suction valves 6a and 6b are connected in common via the low pressure port 8 to the - not shown - low pressure circuit and thus the fuel tank.
  • the high pressure valve 5a is also connected to the high pressure port of the high pressure accumulator 9.
  • the two suction valves 6a and 6b are shielded by the sealing cap 7a and 7b pressed into the cylinder head 1 of the internal combustion engine.
  • the suction valves 6a and 6b, the piston chambers 10a and 1 Ob, the shuttle valve and the high pressure valve 5 a, and the high pressure port of the high pressure accumulator 9 are integrated into the cylinder head 11 of the engine.
  • the pistons 3a and 3b of the high-pressure fuel pump are each moved in opposite directions by the polygonal formations 4a and 4b of the valve camshafts 2a and 2b.
  • the piston chambers 10a and 1 Ob are supplied via the suction valves 6a and 6b by - not shown - low pressure circuit with fuel, which is then compressed by a movement of the respective piston 3a or 3b in the direction of the piston chamber 10a or 1 Ob.
  • This compressed to high pressure fuel is first on the shuttle valve and then the high pressure valve 5 a upon reaching a certain Pressure levels promoted to the high pressure port of the high pressure accumulator 9 and thus to the - not shown - high-pressure accumulator.
  • the high-pressure fuel pump arrangement shown in FIG. 2 essentially corresponds to the arrangement shown in FIG. As a difference, each is the piston
  • FIG. 3 shows a further high-pressure pump arrangement, which mainly corresponds to the two figures presented.
  • the two pistons 3 a and 3 b are driven via a valve camshaft 2 a, wherein the polygonal formation 4 a of the valve camshaft 2 a is formed as a double cam.
  • the pistons 3 a and 3 b are in order to realize a synchronous promotion in a 4-cylinder internal combustion engine, at an angle of 90 °. In addition, these are arranged diagonally down to increase the safety in traffic accidents.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung mit einem Pumpengehäuse für den Betrieb eines selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckkreislauf und über mindestens eine in einem Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine gelagerte Ventil-Nockenwelle (2a,2b) betreibbar, wobei mindestens ein Kolben (3a,3b) der Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung über eine polygone Ausbildung (4a, 4b) der Ventil-Nockenwelle (2a,2b) bewegbar ist, wobei das Pumpengehäuse durch den umliegenden Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine gebildet ist.

Description

Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung, die über den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine angetrieben wird
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung mit einem
Pumpengehäuse für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckkreislauf und über mindestens eine in einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gelagerte Ventil-Nockenwelle betreibbar.
Stand der Technik
Aus der DE 195 15 191 Al ist bereits eine Anordnung einer Hochdruckkraftstoffpumpe bekannt, wobei diese Hochdruckkraftstoffpumpe an den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angebaut und über deren Ventiltrieb betrieben wird. Die Pumpe ist zudem mit einem Nieder druckkreislauf und Kraftstofftank, sowie einem
Hochdruckkreislauf mit Hochdruckspeicher verbunden. Bei Betrieb wird durch Bewegung des Pumpenkolbens über dem Ventiltrieb der Brennkraftmaschine Kraftstoff aus dem Niederdruckkreislauf angesaugt, auf Hochdruck verdichtet und zum Hochdruckspeicher befördert. Die zu verdichtende Menge Kraftstoff wird hierbei über ein Magnetventil geregelt.
Nachteilhaft an einer derartigen Ausgestaltung ist die hohe Anzahl an Bauteilen der Hochdruckkraftstoffpumpe und der daraus resultierende Herstellungsaufwand.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung zu schaffen, die über eine geringe Anzahl an Bauteilen verfügt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Pumpengehäuse durch den umliegenden Zylinderkopf der Brennkraftmaschine gebildet wird. In Folge dessen ist es möglich, ein Pumpengehäuse komplett entfallen zu lassen, da die Pumpe vollständig in den Zylinderkopf integriert ist.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Hochdruckkraftstoffpumpe in einer zusätzlichen Kammer des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine am Ende der Ventil-Nockenwelle platziert. Vorteilhaft ist hierbei die einfache konstruktive Gestaltung des Zylinderkopfes der Brennkraftmaschine.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Kolben der Hochdruckkraftstoffpumpe über jeweils eine eigene Ventil-Nockenwelle angetrieben.
Dadurch ist es möglich, eine Mehrfachförderung bei Mehrzylindermotoren zu verwirklichen und gleichzeitig den Ventiltrieb nicht übermäßig zu belasten.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Kolben der Hochdruckkraftstoffpumpe alle parallel zueinander und senkrecht zu der durch die Achsen der Ventil-Nockenwellen aufgespannte Fläche angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass bei der Fertigung der Bohrungen für die Ventile und Injektoren die Bohrungen der Pumpenkolben einfach mitgesenkt werden können.
In Weiterbildung der Erfindung sind bei einer Anzahl von zwei Ventil-Nockenwellen deren polygone Ausbildungen um 180° zueinander verdreht. Dadurch wird eine Synchronförderung der Hochdruckkraftstoffpumpe gewährleistet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die polygone Ausbildung der Ventil- Nockenwelle als Doppelnocken ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl an
Pumpenkolben reduziert werden kann und trotzdem eine ausreichende Befüllung des Hochdruckspeichers garantiert ist.
In Weiterbildung der Erfindung sind bei einer Anzahl von zwei Pumpenkolben diese in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet und werden über einen Doppelnocken einer Ventil-Nockenwelle gemeinsam angetrieben. Dadurch ist es möglich, eine Synchronförderung bei einer Brennkraftmaschine mit 4 Zylindern und 2 Ventilen pro Zylinder auch bei minimalen Drehmoment zu erreichen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind bei einer Anzahl von zwei Ventil-
Nockenwellen die Doppelnocken um 90° zueinander verdreht. Durch diese Maßnahme wird eine Synchronförderung auch bei Ventil-Nockenwellen mit Doppelnocken bewerkstelligt. In Weiterbildung der Erfindung ist pro Pumpenkolben ein Hochdruckventil vorhanden. Dadurch wird das Leitungsvolumen beim Druckaufbau verkleinert, die Kolbenräume der einzelnen Pumpenkolben beeinflussen sich nicht gegenseitig und somit werden Störeffekte reduziert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die in entsprechender Anzahl der Kolben vorhandenen Saugventile über eine entsprechende Anzahl an lösbaren Verschlussdeckeln im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine von außen zugänglich. Dies hat den Vorteil, dass Wartungsarbeiten und Reparaturen an den Saugventilen ohne Demontage des Zylinderkopfes durchgeführt werden können.
In Weiterbildung der Erfindung sind die Verschlussdeckel in dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine eingepresst. Durch diese Maßnahme ist eine einfache und materialsparende Verbindung mit dem Zylinderkopf möglich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Hochdruckkraftstoffpumpe nach unten liegend angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass im Falle eines Verkehrsunfalls mit dem Fahrzeug, in dem die Brennkraftmaschine verbaut ist, die Verletzungsgefahr für Personen reduziert wird, da die Pumpe nicht nach oben herausragt. Zudem ist die Pumpe durch die umliegenden Teile abgeschirmt und somit besser vor Beschädigungen geschützt.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
Ausführungsbeispiele
Es zeigen:
Figur 1 eine Hochdruckpumpenanordnung im Schnitt entlang der Pumpenkolben senkrecht zu den Ventil-Nockenwellen mit einem Hochdruckventil gemäß einer ersten Ausführungsform, - A -
Figur 2 eine Hochdruckpumpenanordnung im Schnitt entlang der Pumpenkolben senkrecht zu den Ventil-Nockenwellen mit zwei Hochdruckventilen gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
Figur 3 eine Hochdruckpumpenanordnung im Schnitt entlang der Pumpenkolben senkrecht zu einer Ventil-Nockenwelle mit zwei im Winkel von 90° zueinander angeordneten Pumpenkolben, die über einen Doppelnocken angetrieben werden gemäß einer dritten Ausführungsform.
In Figur 1 ist eine Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung dargestellt, wobei der
Pumpeninnenraum durch den umliegenden Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine begrenzt wird. Die Kolben 3 a und 3b der Hochdruckkraftstoffpumpe sind durch Federn über jeweils eine Rolle und ein Rollenschutz gegen die polygonen Ausbildungen 4a und 4b der jeweiligen Ventil-Nockenwelle 2a und 2b vorgespannt. Die Kolbenräume 10a und 1 Ob sind jeweils einerseits mit einem Saugventil 6a und 6b und andererseits in
Strömungsrichtung mit einem Wechselventil und einem gemeinsamen Hochdruckventil 5a verbunden. Die Saugventile 6a und 6b sind gemeinsam über den Niederdruckanschluss 8 an den - nicht dargestellten - Niederdruckkreislauf und damit den Kraftstofftank angeschlossen. Das Hochdruckventil 5a ist zudem mit dem Hochdruckanschluss des Hochdruckspeichers 9 verbunden. Außerdem sind die beiden Saugventile 6a und 6b durch die in den Zylinderkopf 1 der Brennkraftmaschine eingepressten Verschlussdeckel 7a und 7b abgeschirmt. Die Saugventile 6a und 6b, die Kolbenräume 10a und 1 Ob, das Wechselventil und das Hochdruckventil 5 a, sowie der Hochdruckanschluss des Hochdruckspeichers 9 sind in den Zylinderkopfaufsatz 11 der Brennkraftmaschine integriert.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine werden die Kolben 3a und 3b der Kraftstoffhochdruckpumpe jeweils einander entgegengesetzt durch die polygonen Ausbildungen 4a und 4b der Ventil-Nockenwellen 2a und 2b bewegt. Dabei werden zunächst die Kolbenräume 10a und 1 Ob über die Saugventile 6a und 6b durch den - nicht dargestellten - Nieder druckkreislauf mit Kraftstoff versorgt, welcher anschließend durch eine Bewegung des jeweiligen Kolbens 3a oder 3b in Richtung des Kolbenraumes 10a oder 1 Ob verdichtet wird. Dieser auf Hochdruck verdichtete Kraftstoff wird zunächst über das Wechselventil und dann das Hochdruckventil 5a bei Erreichen eines bestimmten Drucklevels zu dem Hochdruckanschluss des Hochdruckspeichers 9 und damit zu dem - nicht dargestellten - Hochdruckspeicher gefördert.
Die in Figur 2 dargestellte Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung entspricht im Wesentlichen der in Figur 1 gezeigten Anordnung. Als Unterschied ist jedem der Kolben
3a und 3b ein eigenes Hochdruckventil 5a und 5b zugeordnet. Diese beiden Hochdruckventile 5a und 5b sind dann im weiteren mit dem gemeinsamen Hochdruckanschluss des Hochdruckspeichers 9 verbunden.
In Figur 3 ist eine weitere Hochdruckpumpenanordnung zu sehen, die hauptsächlich mit den beiden vorgestellten Figuren übereinstimmt. Als Unterschied werden die beiden Kolben 3 a und 3b über eine Ventil-Nockenwelle 2a angetrieben, wobei die polygone Ausbildung 4a der Ventil-Nockenwelle 2a als Doppelnocken ausgebildet ist. Die Kolben 3 a und 3b stehen sich, um eine Synchronförderung bei einer 4-Zylinder- Brennkraftmaschine zu realisieren, in einem Winkel von 90° gegenüber. Außerdem sind diese nach schräg unten angeordnet, um die Sicherheit bei Verkehrsunfällen zu erhöhen.

Claims

Ansprüche
1. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung mit einem Pumpengehäuse für den Betrieb einer selbstzündenden Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck- und einem Hochdruckkreislauf und über mindestens eine in einem Zylinderkopf (1) der
Brennkraftmaschine gelagerte Ventil-Nockenwelle (2a,2b) betreibbar, wobei mindestens ein Kolben (3a,3b) der Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung über eine polygone Ausbildung (4a, 4b) der Ventil-Nockenwelle (2a,2b) bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse durch den umliegenden Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine gebildet ist.
2. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese in einer zusätzlichen Kammer des Zylinderkopfes (1) der Brennkraftmaschine am Ende der mindestens einen Ventil-Nockenwelle (2a,2b) platziert ist.
3. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kolben (3a,3b) über jeweils eine eigene Ventil- Nockenwelle (2a;2b) betreibbar sind.
4. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (3a,3b) alle parallel zueinander und senkrecht zu der von den Achsen der Ventil-Nockenwellen (2a,2b) aufgespannten Fläche angeordnet sind.
5. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von 2 Ventil-Nockenwellen (2a,2b) deren polygone Ausbildungen (4a, 4b) um 180° zueinander verdreht sind.
6. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die polygone Ausbildung (4a,4b) der mindestens einen Ventil- Nockenwelle (2a,2b) als Doppelnocken ausgebildet ist.
7. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von zwei Pumpenkolben (3a,3b) diese in einem Winkel von 90° zueinander stehen und über eine als Doppelnocken ausgebildete polygone Ausbildung (4a; 4b) der mindestens einen Ventil-Nockenwelle (2a;2b) betreibbar sind.
8. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Anzahl von 2 Ventil-Nockenwellen (2a,2b) die Doppelnocken um 90° zueinander verdreht sind.
9. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach einem vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Kolben (3a,3b) ein eigenes Hochdruckventil (5a;5b) vorhanden ist.
10. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein in entsprechender Anzahl der Kolben (3a,3b) vorhandenes Saugventil (6a,6b) über eine entsprechende Anzahl an Verschlussdeckeln (7a, 7b) im Zylinderkopf (1) der Brennkraftmaschine von außen zugänglich ist.
11. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussdeckel (7a, 7b) in den Zylinderkopf (1) eingepresst sind.
12. Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach unten liegend angeordnet ist.
PCT/EP2008/057594 2007-06-28 2008-06-17 Hochdruckkraftstoffpumpenanordnung, die über den ventiltrieb einer brennkraftmaschine angetrieben wird WO2009000699A1 (de)

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