Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffpumpe und ein Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor.
Ein Kolben bzw. Stößel in einer Kraftstoffpumpe wird üblicherweise mechanisch starr über einen Nocken angetrieben. Dabei sind der Kolben und der Nocken über eine sogenannte Rollentasse miteinander verbunden. Hierbei wird ein Kontakt zwischen dem Nocken und Rollen der Rollentasse über eine Feder, die sich zwischen der Rollentasse und einem Gehäuse der Kraftstoffpumpe befindet, zu jeder Zeit sichergestellt.
Aus der Druckschrift DE 36 42 883 A1 ist eine Kraftstoffeinspritzpumpe für eine Brennkraftmaschine mit einer beschleunigungsabhängigen Spritzverstellung beschrieben. Hierbei ist vorgesehen, einen Druck des Kraftstoffs in einem Innenraum der Kraftstoffeinspritzpumpe beschleunigungsabhängig zu variieren.
Eine Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart ist in der Druckschrift US 5 161 509 A beschrieben. Die Kraftstoffeinspritzpumpe umfasst einen unter Steuerdruck stehenden Pumpeninnenraum, in dem ein Drehzahlregler angeordnet ist, über den ein Betrieb der Kraftstoffeinspritzpumpe lastabhängig einzustellen ist. Eine weitere Kraftstoffeinspritzpumpe der Verteilerbauart ist aus der Druckschrift US 5 243 943 A bekannt.
Vor diesem Hintergrund werden eine Kraftstoffpumpe und ein Einspritzsystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausgestaltungen der Kraftstoffpumpe und des Einspritzsystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor. Die erfindungsgemäße Kraftstoffpumpe, die auch als Hochdruckpumpe bezeichnet werden kann, ist zum Fördern von Kraftstoff zu einem Kraftstoffspeicher eines Einspritzsystems für einen Verbrennungsmotor, bspw. eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet, wobei Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe unter Druck zu setzen und in dem Kraftstoffspeicher unter Druck zu speichern ist. Von dem Kraftstoffspeicher aus ist der unter Druck gesetzte und/oder stehende Kraftstoff in mindestens eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen.
Diese Kraftstoffpumpe umfasst mindestens eine Fördereinheit und steht mit mindestens einem Kurvengetriebe, in der Regel mit einem Kurvengetriebe, in Kontakt. Die mindestens eine Fördereinheit weist einen Kolben, eine als Förderfeder ausgebildete Feder, eine innere Hülse und eine äußere Hülse, die in einem Zylinder zueinander koaxial angeordnet sind, sowie einen innerhalb des Zylinders angeordneten Sperrbolzen auf. Dabei ist die innere Hülse mit dem Kolben verbunden, wobei die äußere Hülse mit der Förderfeder und einer Rolle des mindestens einen Kurvengetriebes in Kontakt steht und/oder verbunden ist. Die innere Hülse und die äußere Hülse sind über den Sperrbolzen lösbar zu verbinden.
In Ausgestaltung sind die innere Hülse und die äußere Hülse miteinander verbunden, wenn sich der Sperrbolzen in einer Grundposition befindet, wohingegen die innere Hülse und die äußere Hülse voneinander gelöst bzw. getrennt sind, wenn sich der Sperrbolzen in einer Ruheposition befindet. Befindet sich der Sperrbolzen in der Grundposition, sind der Kolben und die Rolle über die innere und äußere Hülse miteinander mechanisch verbunden. Dabei ist zwischen dem Kolben und der Rolle über die innere und äußere Hülse eine Kraft zu übertragen. Falls sich der Sperrbolzen in der Ruheposition befindet und die beiden Hülsen voneinander gelöst sind, ist eine mechanische Verbindung zwischen dem Kolben und dem Bolzen unterbrochen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Rolle mit einem Nocken in Kontakt steht. Bei einer Drehung des Nockens ist die Rolle zu bewegen. Falls sich der Sperrbolzen in der Grundposition befindet, ist der Kolben ausgehend von dem Nocken über die Rolle indirekt zu bewegen. Dabei ist möglich, dass der Nocken als Komponente des mindestens einen Kurvengetriebes ausgebildet ist. Üblicherweise wirkt die Kraftstoffpumpe mit dem mindestens einen Kurvengetriebe zusammen, wobei der Kolben abhängig davon, ob sich der Sperrbolzen in der Grundposition oder in der Ruheposition befindet, ausgehend von einer Bewegung des mindestens einen Kurvengetriebes zu bewegen ist oder nicht. Je nach Definition ist mindestens eine Komponente des mindestens einen Kurvengetriebes, bspw. die Rolle, auch als Komponente der Kraftstoffpumpe ausgebildet.
In Ausgestaltung ist dem Sperrbolzen eine als Sperrfeder ausgebildete Feder zugeordnet, über die der Sperrbolzen zu belasten ist. Die Sperrfeder ist dazu ausgebildet, den Sperrbolzen in der Grundposition zu beaufschlagen, wobei die innere Hülse und die äußere Hülse über den Sperrbolzen miteinander zu verbinden sind.
Weiterhin ist die Sperrfeder mit Motorenöl, das unter Druck zu setzen ist, zu beaufschlagen. Falls eine Kraft des Motorenöls aufgrund des Drucks des Motorenöls größer als ein Grenzwert ist, ist die Sperrfeder in die innere Hülse zu drücken und der Sperrbolzen in die Ruheposition zu versetzen, wobei die innere Hülse und die äußere Hülse voneinander zu lösen sind.
Mit der mindestens einen Fördereinheit der Kraftstoffpumpe ist nur dann Kraftstoff zu fördern, wenn die innere Hülse und die äußere Hülse miteinander verbunden sind. Eine Förderung von Kraftstoff mit der mindestens einen Fördereinheit ist unterbrochen, wenn die innere Hülse und die äußere Hülse in der Ruheposition des Sperrbolzens voneinander gelöst sind.
Das mindestens eine Kurvengetriebe kann variabel ausgebildet sein, wobei eine Höhe eines Hubs des Kolbens durch Einstellen des mindestens einen Kurvengetriebes zu verändern ist.
Das erfindungsgemäße Einspritzsystem für einen Verbrennungsmotor weist mindestens ein Modul mit zumindest einer vorgestellten Kraftstoffpumpe und einen Kraftstoffspeicher auf, wobei die zumindest eine Kraftstoffpumpe des mindestens einen Moduls dem Kraftstoffspeicher zugeordnet ist. Kraftstoff, der von der Kraftstoffpumpe unter Druck zu setzen ist, ist von der Kraftstoffpumpe aus in den Kraftstoffspeicher zu fördern und darin unter Druck zu speichern.
Bei dem Einspritzsystem weist die zumindest eine Kraftstoffpumpe mindestens eine Fördereinheit mit einem Sperrbolzen auf, wobei mit der mindestens einen Fördereinheit Kraftstoff zu dem Kraftstoffspeicher zu fördern ist, wenn sich der Sperrbolzen in einer Grundposition befindet. Dagegen ist eine Förderung von Kraftstoff zu unterbrechen, wenn sich der Sperrbolzen in einer Ruheposition befindet.
In Ausgestaltung weist das Einspritzsystem mehrere Fördereinheiten auf. Dabei ist in dem Einspritzsystem abhängig von einem aktuellen Lastpunkt des Verbrennungsmotors ein Teil sämtlicher Fördereinheiten zu aktivieren, wohingegen alle anderen Fördereinheiten aus- bzw. abzuschalten sind. Somit ist eine Menge an Kraftstoff, die unter Druck zu setzen und in dem Kraftstoffspeicher zu speichern ist, in Abhängigkeit einer Anzahl an jeweils aktiven und ausgeschalteten Fördereinheiten zu regulieren.
Die vorgestellte Kraftstoffpumpe weist die mindestens eine Fördereinheit und somit mindestens ein Aggregat auf, die bzw. das jeweils einen Kolben umfasst. Demnach ist es möglich, dass die Kraftstoffpumpe nicht bloß eine Fördereinheit sondern in Ausgestaltung mehrere Fördereinheiten und somit mehrere Kolben aufweist. Durch Integration eines Sperrbolzens, der einem jeweiligen Kolben sowie der inneren und äußeren Hülse als mechanisches Schaltelement zugeordnet ist, ist es möglich, auch bei laufendem Betrieb der Kraftstoffpumpe einzelne Fördereinheiten bzw. Kolben oder sämtliche Fördereinheiten auszuschalten und somit Kraftstoff nur über eine geringe Anzahl an eingeschalteten Fördereinheiten unter Druck zu setzen sowie zu fördern.
Weiterhin ist durch Integration des bspw. vollvariablen Kurvengetriebes zusätzlich eine Steuerung eines Hubs eines jeweiligen Kolbens möglich, wodurch eine Höhe des Hubs des Kolbens bedarfsgerecht zu steuern ist, wodurch auf eine ansonsten übliche Zumesseinheit zu verzichten und eine Menge an zu förderndem Kraftstoff allein durch Verändern der Höhe des Hubs des Kolbens zu steuern ist.
In Ausgestaltung ist somit eine erforderliche Antriebsleistung der Kraftstoffpumpe um einen Betrag einer Reibung mindestens eines aus- bzw. abgeschalteten Kolbens zu reduzieren, wodurch in Teillasten ein Verbrauch an Kraftstoff reduziert werden kann. Somit ist eine Anzahl an Hüben mindestens eines Kolbens und eine damit verbundene Reibung nicht allein von einer Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängig und die Kraftstoffpumpe nicht allein auf einen Bedarf an Kraftstoff des Verbrennungsmotors auszulegen. Falls bei Vorliegen einer Teillast für den Verbrennungsmotor weniger Kraftstoff erforderlich ist, ist nunmehr möglich, lediglich einen Teil sämtlicher Fördereinheiten zu betreiben. Dabei ist alternativ oder ergänzend möglich, einen betriebenen Kolben in Vollförderung oder in Teilförderung zu betreiben.
Die Kraftstoffpumpe ist als sogenannte Steckpumpe ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Diese Kraftstoffpumpe umfasst in Ausgestaltung mehrere Kolben und ist bei laufendem Betrieb teilweise stillzulegen, wenn ein Teil der Kolben der Kraftstoffpumpe abgestellt ist. Dem Kraftstoffspeicher, der auch als Common-Rail bezeichnet wird, sind je nach Definition mehrere Fördereinheiten mit Kolben als Komponenten mindestens einer Kraftstoffpumpe zugeordnet. Bei dem Betrieb des Einspritzsystems ist nur eine für einen jeweiligen Lastpunkt notwendige Anzahl an Fördereinheiten mit Kolben zu aktivieren und eine reduzierte Menge an Kraftstoff unter Druck zu setzen und in dem Kraftstoffspeicher zu speichern.
Bei der vorgestellten Kraftstoffpumpe ist eine Hülse, die üblicherweise als Rollentasse bezeichnet wird, und über die zwischen der Rolle, die mit einem Nocken in Kontakt steht, und dem Kolben bzw. einem Stößel eine Verbindung herzustellen ist, durch Vorsehen der inneren Hülse und der äußeren Hülse zweiteilig ausgeführt. Dabei ist die innere Hülse von der und/oder in der äußeren Hülse geführt, wobei die äußere Hülse mit der Rolle und der Förderfeder in Kontakt steht. Dagegen ist die innere Hülse mit dem Kolben der Kraftstoffpumpe verbunden. Die Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Hülse wird mit dem beschriebenen Sperrbolzen bereitgestellt, der durch die Sperrfeder federbelastet ist. In der Grundposition befindet sich der Sperrbolzen aufgrund einer durch die Sperrfeder auf den Sperrbolzen wirkenden Kraft in einer Sperrposition. Dabei sind die innere und die äußere Hülse miteinander starr verbunden. In diesem Fall ist es möglich, dass sich der Kolben über die innere und die äußere Hülse, die hier miteinander verbunden sind, in Wirkkontakt mit der Rolle und somit auch indirekt mit dem Nocken befindet, wobei über den Kolben Kraftstoff zu führen und/oder unter Druck zu setzen ist.
Alternativ ist möglich, den Kolben auszuschalten. Hierzu wird der Sperrbolzen von außen mit Motorenöl, das unter hydraulischem Druck steht, beaufschlagt. Dabei wirkt dieser Druck bzw. eine entsprechende Kraft entgegen einer Kraft der Sperrfeder, die den Sperrbolzen ansonsten in seiner Grundposition hält. Aufgrund des Drucks des Motorenöls, wird der Sperrbolzen in die innere Hülse gedrückt. Somit ergibt sich, dass die Verbindung zwischen der äußeren und der inneren Hülse gelöst wird. In diesem Fall folgt die äußere Hülse unter Einwirkung einer Kraft der Förderfeder über die Rolle einer Kontur des Nockens. Alternativ befindet sich der Sperrbolzen in der Ruheposition. Dabei ist der Kolben von der Rolle und somit auch von dem Nocken entkoppelt und somit ausgeschaltet und fördert keinen Kraftstoff mehr. Weiterhin wird durch einen derart ausgeschalteten Kolben für die Kraftstoffpumpe keine Reibung verursacht.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kraftstoffpumpe 2 umfasst ein Gehäuse 4, das einen Zylinder 6 einer Fördereinheit umschließt. In diesem Zylinder ist ein Kolben 8 bzw. Stößel der Kraftstoffpumpe 2 angeordnet. Hierbei ist dieser Kolben 8 von einer ebenfalls innerhalb des Zylinders 6 angeordneten Förderfeder 10 umschlossen. Weiterhin zeigt Figur 1 eine innere Hülse 12 und eine äußere Hülse 14, die über einen Sperrbolzen 16 lösbar zu verbinden sind. Der Kolben 8 ist hierbei mit der inneren Hülse 12 verbunden, wohingegen die äußere Hülse 14 einerseits mit einer Rolle 18 und andererseits mit der Förderfeder 10 verbunden ist. Dabei ist die Rolle 18 als Komponente von mindestens einem Kurvengetriebe ausgebildet. In Ausgestaltung ist die Rolle 18 je nach Definition auch als Komponente der Kraftstoffpumpe 2 ausgebildet.
Ferner umfasst die Kraftstoffpumpe 2 ein Anschlussmodul 20 mit einem ersten Anschluss 22 und einem zweiten Anschluss 24, wobei einer dieser beiden Anschlüsse 22, 24 zum Fördern von Kraftstoff zu der Fördereinheit ausgebildet ist. Der andere der beiden Anschlüsse 22, 24 ist dagegen dazu ausgebildet, Kraftstoff, der von dem Kolben 8 in dem Zylinder 6 der Fördereinheit unter Druck zu setzen ist, zu einem Kraftstoffspeicher zu leiten. Hierbei ist vorgesehen, dass mindestens eine vorgestellte Kraftstoffpumpe 2 und der Kraftstoffspeicher als Komponenten eines Einspritzsystems eines Verbrennungsmotors ausgebildet sind, wobei unter Druck stehender Kraftstoff ausgehend von dem Kraftstoffspeicher wiederum in mindestens eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen ist. Da der Kraftstoff von der vorgestellten Kraftstoffpumpe 2 unter Druck gesetzt wird, wird die Kraftstoffpumpe 2 auch als Hochdruckpumpe bezeichnet.
Bei der Kraftstoffpumpe 2 ist vorgesehen, dass die innere Hülse 12 und die äußerere Hülse 14 über den Sperrbolzen 16 entweder zu koppeln oder zu entkoppeln sind. Dabei ist vorgesehen, dass eine Stellung des Sperrbolzens 16 relativ zu den beiden Hülsen 12, 14 über eine hier nicht weiter dargestellte Sperrfeder, die dem Sperrbolzen 16 zugeordnet ist, einzustellen ist. Der Sperrbolzen 16 nimmt relativ zu den beiden Hülsen 12, 14 entweder eine Grundposition, die auch als Sperrposition bezeichnet werden kann, oder eine Ruheposition ein.
In der Grundposition belastet die Sperrfeder den Sperrbolzen 16 und drückt diesen gegen beide Hülsen 12, 14, wobei diese beiden Hülsen 12, 14 miteinander zu verbinden sind. In diesem Fall bilden die innere Hülse 12 und die äußerere Hülse 14 eine mechanisch zusammenhängende Einheit, wobei der Kolben 8 und die Rolle 18 über diese besagte mechanische Einheit aus den beiden Hülsen 12, 14 miteinander mechanisch verbunden sind. Dreht sich ein hier nicht dargestellter Nocken des mindestens einen Kurvengetriebes, welcher mit der Rolle 18 in Kontakt steht, ist dessen Bewegung über die Rolle 18 und die miteinander verbundenen Hülsen 12, 14 auf den Bolzen 8 zu übertragen, wobei der Bolzen 8 innerhalb des Zylinders 6 in Bewegung zu versetzen ist. Dadurch wird Kraftstoff, der über einen der beiden Anschlüsse 22, 24 zu der Fördereinheit gefördert wird, von dem sich bewegenden Kolben unter Druck gesetzt und weiterhin zu dem Kraftstoffspeicher gefördert.
Das Einspritzsystem umfasst hier die mindestens eine Kraftstoffpumpe 2, wie sie anhand von Figur 1 gezeigt ist, sowie mehrere Fördereinheiten mit mehreren ein- und ausschaltbaren Kolben 8. Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors ist möglich, dass eine Menge an Kraftstoff, der in dem Kraftstoffspeicher unter Druck gesetzt und in die mindestens eine Brennkammer des Verbrennungsmotors einzuspritzen ist, zu reduzieren ist.
In diesem Fall ist vorgesehen, je nach Bedarf an Kraftstoff mindestens eine Fördereinheit der mindestens einen Kraftstoffpumpe 2 auszuschalten. Hierzu ist vorgesehen, den Sperrbolzen 16 ausgehend von der Grundposition über die Sperrfeder in die Ruheposition zu versetzen. Zudem ist vorgesehen, die Sperrfeder mit Motorenöl zu beaufschlagen, wobei eine Kraft, die aus einem Druck des Motorenöls resultiert, einer Kraft entgegenwirkt, mit der der Sperrbolzen 16 mit der Sperrfeder in die Grundposition zu drücken ist. Ist die Kraft des Motorenöls größer als jene Kraft der Sperrfeder, ist der Sperrbolzen 16 in die innere Hülse 12 zu drücken, wodurch eine mechanische Verbindung zwischen der inneren und der äußeren Hülse 12, 14 zu trennen ist. Dies bedeutet auch, dass eine mechanische Verbindung zwischen dem Kolben 8 und der Rolle 18 zu unterbrechen bzw. zu trennen ist. In diesem Fall wird eine Bewegung der Rolle 18 nicht mehr auf den Kolben 8 übertragen, wodurch sich der Kolben 8 bewegungslos in Ruhe befindet und die Steuereinheit ausgeschaltet ist.
Bei der Darstellung aus Figur 1 ist die äußere Hülse 14 in einem Schnitt durch eine zylinderförmige Wandung der äußeren Hülse 14 gezeigt. Von der inneren Hülse 12 ist eine Außenseite einer Wandung gezeigt. Eine Innenseite der Wandung der äußeren Hülse 14 ist in Figur 1 durch die innere Hülse 12, den Sperrbolzen 16 und die Rolle 18 teilweise abgedeckt, wohingegen hier nur ein Abschnitt der Innenseite zwischen dem Sperrbolzen 16 und der Rolle 18 gezeigt ist. Außerdem zeigt Figur 1, dass die Wandung der äußeren Hülse 14 ein Loch aufweist, in dem ein Ende des Sperrbolzens 16 angeordnet ist.