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Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Derartige Kraftstoffpumpen zum Fördern eines flüssigen Kraftstoffs für Verbrennungskraftmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Eine solche Kraftstoffpumpe umfasst wenigstens einen von einer Antriebseinrichtung der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Pumpennocken, mittels welchem wenigstens ein Pumpenelement zum Fördern des Kraftstoffes antreibbar ist. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise ein Umschlingungstrieb, welcher üblicherweise auch als Zugmitteltrieb bezeichnet wird und wenigstens ein Zugmittel umfasst. Das Zugmittel ist beispielsweise, insbesondere über jeweilige Räder, mit einer beispielsweise als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Verbrennungskraftmaschine sowie mit einer weiteren Welle der Kraftstoffpumpe gekoppelt, sodass die weitere Welle der Kraftstoffpumpe über das Zugmittel von der Abtriebswelle antreibbar ist. Bei dem Zugmittel handelt es sich beispielsweise um einen Riemen oder um eine Kette, sodass die Antriebseinrichtung als Riementrieb oder als Kettentrieb ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass die Antriebseinrichtung beispielsweise als Zahnradtrieb ausgebildet ist.
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Darüber hinaus offenbart die
EP 1 783 355 A1 eine Kraftstoffhochdruckpumpe zum Versorgen einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff, wobei die Kraftstoffhochdruckpumpe zwei Aktoren zum Fördern des Kraftstoffs umfasst.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kraftstoffpumpe der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass auf die Antriebseinrichtung wirkende Belastungen besonders gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffpumpe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Kraftstoffpumpe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass auf die Antriebseinrichtung wirkende Belastungen besonders gering gehalten werden können, ist erfindungsgemäß wenigstens ein Kompensationselement zum Kompensieren von Drehmomentschwankungen des Pumpennockens vorgesehen. Dabei können die Drehmomentschwankungen des Pumpennockens von diesem selbst und/oder von einer anderen Komponente des Motors, wie beispielsweise der Nockenwelle oder dem Kurbeltrieb, verursacht werden.
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Der Erfindung liegt dabei insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde:
Die Antriebseinrichtung umfasst üblicherweise einen Ventiltrieb, mittels welchem wenigstens ein Gaswechselventil der beispielsweise als Hubkolbenmaschine ausgebildeten Verbrennungskraftmaschine betätigbar, insbesondere aus einer Schließstellung in wenigstens eine Offenstellung bewegbar, ist. Der Ventiltrieb umfasst dabei wenigstens eine Nockenwelle zum Betätigen des Gaswechselventils, wobei die Nockenwelle mittels der Antriebseinrichtung antreibbar ist. Dabei wird die Antriebseirichtung auch als Steuertrieb bezeichnet.
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Ferner ist es möglich, dass Zusatzaggregate der Verbrennungskraftmaschine in die Antriebseinrichtung eingebunden sind, sodass die Zusatzaggregate, welche auch als Nebenaggregate bezeichnet werden, mittels der Antriebseinrichtung antreibbar sind. Eines dieser Zusatzaggregate ist beispielsweise die Kraftstoffpumpe, welche beispielsweise als Kolbenpumpe ausgebildet ist. Hierbei ist das Pumpenelement beispielsweise als Kolben ausgebildet. Insbesondere ist die Kraftstoffpumpe als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildet, mittels welcher unter Fördern des Kraftstoffes ein hoher Druck des Kraftstoffes bewirkbar ist.
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Zum Betätigen des wenigsten einen Gaswechselventils umfasst der Ventiltrieb, insbesondere die Nockenwelle, wenigstens einen Nocken, welcher auch als Ventilnocken bezeichnet wird. Bei dem zuvor genannten Steuertrieb ist die Phasenlage des Pumpennockens der Kraftstoffpumpe in Relation zu dem Ventilnocken des Ventiltriebs üblicherweise nicht frei wählbar. Dabei ist der Pumpennocken so ausgeführt, dass Kraftstoffdruckimpulse in einer definierten Phasenlage zu den Ventilsteuerzeiten liegen. Dabei weisen herkömmliche Steuertriebe den Nachteil auf, dass es zu sehr großen Drehmomentschwankungen beispielsweise von circa +/–25 Newtonmetern kommen kann, wobei diese Drehmomentschwankungen weit über einem mittleren Antriebsmoment liegen, das zum Antreiben der Nockenwelle erforderlich ist. Dieses mittlere Antriebsmoment beträgt üblicherweise circa 1 bis 2 Newtonmeter. Diese Drehmomentschwankungen führen zu einer starken Belastung des Steuertriebs, insbesondere von Komponenten beziehungsweise Bauteilen des Steuertriebs. Daher werden üblicherweise Räder des Steuertriebs massiv dimensioniert, sodass der Steuertrieb ein hohes Gewicht aufweist. Bei diesen Rädern handelt es sich beispielsweise um Ketten-, Riemen- oder Zahnräder. Darüber hinaus treten in den herkömmlichen Steuertrieben hohe Reibungen auf, was zu einer Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs der Verbrennungskraftmaschine führt. Außerdem kann es zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung kommen, und der Steuertrieb kann einen hohen Bauraumbedarf und hohe Kosten aufweisen.
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Diese Probleme und Nachteile können mittels der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe vermieden werden, da die erfindungsgemäße und beispielsweise als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe das Kompensationselement aufweist. Das Kompensationselement ist beispielsweise in seiner Phasenlage so angeordnet, dass beispielsweise durch das Fördern des Kraftstoffes bewirkte Drehmomentschwankungen, welche üblicherweise an dem Pumpennocken auftreten und über den Pumpennocken in den Steuertrieb eingeleitet werden, zumindest teilweise kompensiert und dadurch zumindest gering gehalten werden. Im Idealfall treten im Steuertrieb (Antriebseinrichtung) keine Drehmomentschwankungen mehr auf. Mit anderen Worten können mittels des Kompensationselements übermäßige Drehmomentschwankungen des Pumpennockens vermieden werden, sodass auch die Einleitung von übermäßigen Drehmomentschwankungen über den Pumpennocken in die Antriebseinrichtung insgesamt vermieden werden kann. Dadurch können auf die Antriebseinrichtung wirkende Belastungen, insbesondere während eines Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, besonders gering gehalten werden, sodass die Antriebseinrichtung im Vergleich zum Einsatz von herkömmlichen Kraftstoffpumpen deutlich schwächer beziehungsweise filigraner dimensioniert werden kann. Dadurch können das Gewicht, der Bauraumbedarf und die Kosten der Antriebseinrichtung besonders gering gehalten werden.
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Da das Kompensationselement erfindungsgemäß Bestandteil der Kraftstoffpumpe beziehungsweise in die Kraftstoffpumpe integriert ist, ist ein separater Nocken zum Antrieben eines beispielsweise an einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Kompensationselements nicht vorgesehen und nicht erforderlich, sodass die Teileanzahl, der Bauraumbedarf und die Kosten der Verbrennungskraftmaschine insgesamt besonders gering gehalten werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Darstellung eines Einspritzsystems gemäß einer ersten Ausführungsform für eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer Kraftstoffpumpe zum Fördern eines flüssigen Kraftstoffes, wobei die Kraftstoffpumpe wenigstens ein Kompensationselement zum Kompensieren von Drehmomentschwankungen eines Pumpennockens der Kraftstoffpumpe aufweist, und
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2 eine schematische Darstellung des Einspritzsystems gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Einspritzsystem 10 gemäß einer ersten Ausführungsform für eine in den Fig. nicht gezeigte Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbar, welche beispielswiese als Hubkolbenmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen, welche beispielsweise als Zylinder ausgebildet sind. Zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ist die Verbrennungskraftmaschine in einem gefeuerten Betrieb betreibbar, in welchem in den Brennräumen Verbrennungsvorgänge ablaufen.
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Hierzu werden dem jeweiligen Brennraum zumindest Luft und flüssiger Kraftstoff zugeführt, sodass die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in ihrem gefeuerten Betrieb, mittels des flüssigen Kraftstoffes betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird.
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Zum Einbringen des flüssigen Kraftstoffes in die Brennräume umfasst das Einspritzsystem 10 eine Mehrzahl von Einspritzventilen 12. Dabei ist beispielsweise jedem Brennraum genau eines der Einspritzventile 12 zugeordnet, wobei der Kraftstoff mittels des jeweiligen Einspritzventils 12 beispielsweise direkt in den dem jeweiligen Einspritzventil 12 zugeordneten Brennraum einspritzbar ist. Des Weiteren ist wenigstens ein Tank 14 vorgesehen, in welchem der flüssige Kraftstoff aufnehmbar ist beziehungsweise gespeichert wird.
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Das Einspritzsystem 10 umfasst eine Vorförderpumpe 16 und eine als Kraftstoffhochdruckpumpe ausgebildete Kraftstoffpumpe 18, welche in Strömungsrichtung des von dem Tank 14 zu den Einspritzventilen 12 strömenden Kraftstoffes stromab der Vorförderpumpe 16 angeordnet ist. Mittels der Vorförderpumpe 16 wird der Kraftstoff aus dem Tank 14 zur Kraftstoffpumpe 18 gefördert, wobei mittels der Vorförderpumpe 16 beispielsweise ein erster Druck des Kraftstoffes bewirkt wird. Mittels der Kraftstoffpumpe 18 wird der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 18 weiter zu den Einspritzventilen 12 gefördert, wobei mittels der Kraftstoffpumpe 18 ein gegenüber dem ersten Druck höherer, zweiter Druck des Kraftstoffes bewirkbar ist beziehungsweise bewirkt wird. Daher wird die Vorförderpumpe 16 auch als Kraftstoffniederdruckpumpe bezeichnet, wobei die Kraftstoffpumpe 18 eine Kraftstoffhochdruckpumpe ist.
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Beispielsweise ist den Einspritzventilen 12 ein den Einspritzventilen 12 gemeinsames Kraftstoffverteilungselement 20 zugeordnet, welches auch als Rail, Kraftstoffrail oder Common-Rail bezeichnet wird. Mittels der Kraftstoffpumpe 18 wird der flüssige Kraftstoff mit dem zweiten Druck zudem und insbesondere in das Kraftstoffverteilungselement 20 gefördert, in welchem der unter dem hohen zweiten Druck stehende Kraftstoff gespeichert wird. Von dem Kraftstoffverteilungselement 20 kann der flüssige Kraftstoff mit dem hohen zweiten Druck auf die Einspritzventile 12 verteilt werden, mittels welchen dann der flüssige Kraftstoff mit dem hohen zweiten Druck in die Brennräume, insbesondere direkt, eingespritzt wird.
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Die Kraftstoffpumpe 18 umfasst wenigstens ein Pumpenelement 22, welches vorliegend als Kolben ausgebildet ist. Somit ist die Kraftstoffpumpe 18 als Kolbenpumpe ausgebildet. Der Kolben ist in einem korrespondierenden Zylinder 24 translatorisch bewegbar aufgenommen. Über eine erste Kraftstoffleitung 26 wird der Kraftstoff mittels der Vorförderpumpe 16 aus dem Tank 14 in den Zylinder 24 gefördert. Durch translatorisches Bewegen des Pumpenelements 22 relativ zum Zylinder 24 wird der in den Zylinder 24 eingeleitete Kraftstoff aus dem Zylinder 24 in eine zweite Kraftstoffleitung 28 gefördert, wobei mittels des Pumpenelements 22 der zweite Druck des Kraftstoffes bewirkt wird. Da der die Kraftstoffleitung 28 durchströmende Kraftstoff den zweiten Druck aufweist, wird die Kraftstoffleitung 28 auch als Hochdruckleitung bezeichnet. Mittels der Hochdruckleitung wird der mittels des Pumpenelements 22 geförderte Kraftstoff von dem Zylinder 24 zu dem und insbesondere in das Kraftstoffverteilungselement 20 geführt. Dabei ist in der zweiten Kraftstoffleitung 28 ein Rückschlagventil 30 angeordnet.
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Die Kraftstoffpumpe 18 umfasst ferner einen Pumpennocken 32, welcher beispielsweise um eine Drehachse 34 relativ zu dem Pumpenelement 22 drehbar ist. Mittels des Pumpennockens 32 ist das Pumpenelement 22 antreibbar, um dadurch mittels des Pumpenelements 22 den flüssigen Kraftstoff zu fördern. Dies bedeutet, dass das als Kolben ausgebildete Pumpenelement 22 mittels des Pumpennockens 32 bewegbar ist.
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Dabei umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine in den Fig. nicht dargestellte Antriebseinrichtung, mittels welcher der Pumpennocken 32 antreibbar ist. Der Pumpennocken 32 ist beispielsweise mit einer in den Fig. nicht dargestellten Welle drehfest verbunden, sodass der Pumpennocken 32 mittels der Welle um die Drehachse 34 drehbar ist. Die Antriebseinrichtung umfasst dabei beispielsweise ein drehfest mit der Welle verbundenes erstes Rad. Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine eine Abtriebswelle, über welche die Verbrennungskraftmaschine Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Beispielsweise ist die Abtriebswelle als Kurbelwelle ausgebildet. Die Antriebseinrichtung umfasst dabei ein drehfest mit der Abtriebswelle verbundenes zweites Rad, wobei das erste Rad von dem zweiten Rad und somit von der Abtriebswelle antreibbar ist. Dadurch ist der Pumpennocken 32 über die Welle, das erste Rad und das zweite Rad von der Abtriebswelle antreibbar.
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Die Räder sind beispielsweise als Zahnräder ausgebildet, sodass die Antriebseinrichtung beispielsweise als Zahnradtrieb ausgebildet ist. Alternativ ist es denkbar, dass die Räder als Kettenräder oder Riemenscheiben beziehungsweise Riemenräder ausgebildet sind, sodass die Antriebseinrichtung beispielsweise als Kettentrieb oder Riementrieb ausgebildet ist. Dabei umfasst die Antriebseinrichtung wenigstens ein beispielsweise als Kette oder Riemen ausgebildetes Zugmittel, welches auch als Umschlingungsmittel bezeichnet wird. Mittels des Zugmittels können Zugkräfte, jedoch keine Druckkräfte übertragen werden. Dabei umschlingt das Zugmittel die Räder jeweils zumindest teilweise, sodass die Räder über das Zugmittel miteinander gekoppelt sind. Dadurch ist das erste Rad über das Zugmittel von dem zweiten Rad antreibbar. Ebenso ist es denkbar, dass die Kraftstoffpumpe von der 18 Antriebseinrichtung mittelbar angetrieben wird. Unter mittelbar angetrieben soll in diesem Zusammenhang verstanden werden, dass die Antriebseinrichtung eine andere Komponente des Motors, wie beispielsweise eine Nockenwelle antreibt, und von dieser Komponente aus die Kraftstoffpumpe 18 angetrieben wird.
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Dadurch, dass sich das Pumpenelement 22 beim Fördern des Kraftstoffes relativ zu dem Zylinder 24 abwechselnd hin- und her bewegt, wird der Kraftstoff mittels der Kraftstoffpumpe 18 pulsartig beziehungsweise gepulst gefördert, sodass es zu Druckimpulsen des Kraftstoffes kommen kann, wobei diese Druckimpulse üblicherweise über das Pumpenelement 22 auf den Pumpennocken 32 wirken. Sind keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen, so bewirken diese Druckimpulse hohe Drehmomentschwankungen des Pumpennockens 32, wobei diese Drehmomentschwankungen – falls keine entsprechende Gegenmaßnahme getroffen ist – in die Antriebseinrichtung insgesamt eingeleitet werden können. Dies führt üblicherweise zu hohen Belastungen der Antriebseinrichtung, sodass diese besonders massiv und somit bauraum-, gewichts- und kostenintensiv ausgebildet werden muss.
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Um diese Probleme und Nachteile zu vermeiden, ist es nun vorgesehen, dass die Kraftstoffpumpe 18 wenigstens ein Kompensationselement 36 aufweist, mittels welchem beispielsweise durch die beschriebenen Druckimpulse bewirkte Drehmomentschwankungen des Pumpennockens 32 zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend, kompensierbar sind beziehungsweise kompensiert werden. Mit anderen Worten können mittels des Kompensationselements 36 Drehmomentschwankungen des Pumpennockens 32 besonders gering gehalten oder vermieden werden, sodass auch eine Einleitung von übermäßigen Drehmomentschwankungen in die Antriebseinrichtung vermieden werden kann. In der Folge kann die Antriebseinrichtung besonders filigran beziehungsweise gewichts-, bauraum- und kostengünstig ausgestaltet werden.
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Das Kompensationselement 36 umfasst dabei einen an dem Pumpennocken 32 abgestützten Stößel 38, welcher zumindest teilweise in einem Zylinder 40 des Kompensationselements 36 angeordnet ist. Dabei ist der Stößel 38 relativ zu dem Pumpennocken 32 und relativ zu dem Zylinder 40 translatorisch bewegbar. Ferner umfasst das Kompensationselement 36 bei der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform wenigstens ein Federelement 42, welches einerseits an dem Zylinder 40 und andererseits an dem Stößel 38 abgestützt ist. Das Federelement 42 stellt dabei eine Federkraft bereit, mittels welcher der Stößel 38 in Stützanlage mit dem Pumpennocken 32 gehalten wird beziehungsweise zu halten ist. Somit ist es vorgesehen, dass auf denselben Pumpennocken 32, der das Pumpenelement 22 antreibt, phasenverschoben der federbelastete Stößel 38 wirkt.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Einspritzsystems 10, insbesondere der Kraftstoffpumpe 18. Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Rückführleitung 44 vorgesehen, mittels welcher der Stößel 38 mit zumindest einem Teil des mittels des Pumpenelements 22 geförderten Kraftstoffes beaufschlagbar ist. Hierzu ist die Rückführleitung 44 an einer in Strömungsrichtung des Kraftstoffes von dem Zylinder 24 zu dem Kraftstoffverteilungselement 20 stromab des Pumpenelementes 22 angeordnete Verbindungsstelle V fluidisch mit der Kraftstoffleitung 28 verbunden. Ferner ist die Rückführleitung 44 fluidisch mit einer Arbeitskammer 46 verbunden, welche teilweise durch den Zylinder 40 und teilweise durch den Stößel 38 begrenzt ist. Dabei ist in der Arbeitskammer 46 das Federelement 42 angeordnet. Mittels der Rückführleitung 44 kann zumindest ein Teil des die Kraftstoffleitung 28 durchströmenden Kraftstoffes aus der Kraftstoffleitung 28 abgezweigt und in die Arbeitskammer 46 eingeleitet werden. Der in die Arbeitskammer 46 eingeleitete Kraftstoff wirkt auf den Stößel 38, welcher somit mit dem in die Arbeitskammer 46 eingeleiteten Kraftstoff beaufschlagt wird. Hierdurch ist eine lastabhängige Kraftverstärkung des Kompensationselements 36 beziehungsweise des Stößels 38 realisierbar.
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Der zweiten Ausführungsform liegt folgende Erkenntnis zugrunde:
Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise als Steuertrieb ausgebildet, welcher einen Ventiltrieb zum Betätigen von Gaswechselventilen der Verbrennungskraftmaschine umfasst. Die Gaswechselventile sind beispielsweise als Auslassventile ausgebildet. Der Ventiltrieb umfasst beispielsweise wenigstens eine Nockenwelle zum Betätigen beziehungsweise Antreiben der Auslassventile. Zum Betätigen der Auslassventile wird die Nockenwelle angetrieben, wobei die Nockenwelle mittels eines Antriebsmoments angetrieben wird. Da das Antriebsmoment zum Antreiben der Nockenwelle und somit zum Betätigen beziehungsweise Antreiben der Auslassventile, insbesondere in Abhängigkeit von einem jeweiligen, in dem jeweiligen Zylinder herrschenden Innendruck, sowie eine Betätigungskraft zum Betätigen des Pumpenelements 22, insbesondere in Abhängigkeit von dem Druck des Kraftstoffes, lastabhängig zunehmen, wird die von dem Federelement 42 bereitgestellte Federkraft des Kompensationselements 36 durch eine Beaufschlagung des Stößels 38 mit dem Kraftstoff und somit mit dem lastabhängigen Druck des Kraftstoffes unterstützt. Hierdurch können Drehmomentschwankungen auch bei wechselnder Last der Verbrennungskraftmaschine effektiv kompensiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Einspritzsystem
- 12
- Einspritzventile
- 14
- Tank
- 16
- Vorförderpumpe
- 18
- Kraftstoffpumpe
- 20
- Kraftstoffverteilungselement
- 22
- Pumpenelement
- 24
- Zylinder
- 26
- erste Kraftstoffleitung
- 28
- zweite Kraftstoffleitung
- 30
- Rückschlagventil
- 32
- Pumpennocken
- 34
- Drehachse
- 36
- Kompensationselement
- 38
- Stößel
- 40
- Zylinder
- 42
- Federelement
- 44
- Rückführleitung
- 46
- Arbeitskammer
- V
- Verbindungsstelle
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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