Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Common-Rail-Schiene gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere großvolumigen Dieselmotoren werden Kraftstoffeinspritzsysteme verwendet, welche Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine und eine durch eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgte sogenannte Common-Rail-Schiene aufweisen, wobei der Kraftstoff von der letzteren über Hochdruckleitungen den Injektoren zugeführt wird.
Es besteht allgemein die Bestrebung, Brennkraftmaschinen und ihre Kraftstoffeinspritzsysteme einfacher aufzubauen und wartungsfreundlicher und möglichst wenig störungsanfällig zu gestalten.
Aus der EP 0690 221 A1 ist ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, das Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume und eine durch eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgte Common-Rail-Schiene aufweist, von welcher der Kraftstoff über Hochdruckleitungen zu den Injektoren geliefert wird. Dabei ist die Common-Rail-Schiene in die Wand eines an der Brennkraftmaschine angeordneten Zylinderkopfdeckels integriert. Als vorteilhaft wird es in der genannten Druckschrift angesehen, daß der Fertigungs- und Montageaufwand reduziert und die Common-Rail-Schiene gegen Schwingungen und Beschädigungen geschützt angeordnet ist. Nachteilig erscheint jedoch, daß eine Demontage des Zylinderkopfdeckels nicht ohne ein Lösen der mit der Common-Rail-Schiene verbundenen Hochdruckleitungen möglich ist.
Weiterhin ist aus dem DE-GM 75 15 413 eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem alle für die Kraftstoffleitung erforderlichen Kanäle in einem Strangpressprofil parallel verlaufend angeordnet sind, wobei das Strangpressprofil Bestandteil der Motorverkleidung oder der Kühlluftführung ist. Hierdurch soll eine betriebssichere, raumsparende und leicht montierbare Anordnung der Kraftstoffleitungen geschaffen werden. Jedoch auch hier erscheint es als nachteilig, daß bei einer etwa für Wartungsarbeiten erforderlichen Demontage der Motorverkleidung oder Kühiluftführung auch alle Anschlüsse der Kraftstoffkanäle an dem Strangpressprofil gelöst werden müssen.
Aus der EP 0637 687 A1 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zur Zuführung von Kraftstoff zu in Form von Steckpumpen ausgebildeten Einzeleinspritzpumpen als Kraftstoffvorlauf und Kraftstoffrücklauf dienende Kanäle in Form von Bohrungen im Zylindergehäuse der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Diese Kraftstoffkanäle dienen jedoch lediglich der Zuführung und Abführung des Kraftstoffs zu den Steckpumpen, es handelt sich dabei jedoch nicht um ein Einspritzsystem mit einer Common-Rail-Schiene.
Schließlich ist aus der US 3 845 748 eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Kraftstoffinjektor in einer ersten Bohrung im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine zu dem Kraftsoffinjektor führende Röhre zur Zuführung von Kraftstoff in einer zweiten durch den Zylinderkopf führenden Bohrung angeordnet ist, welche im rechten Winkel zu der ersten Bohrung verläuft. Ein zwischen der Kraftstoffzuführungsröhre und der Innenwand der zweiten Bohrung verbleibender ringförmiger Raum dient als Kraftstoffrücklauf.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, das einfach aufgebaut, unfallsicher und wenig störanfällig ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffeinspritzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Kraftstoffeinspritzsystem ist für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor vorgesehen, wobei die Brennkraftmaschine ein Kurbelgehäuse und einen oder mehrere Zylinderköpfe aufweist. Das Kraftstoffeinspritzsystem verfügt über Kraftstoffinjektoren zum Einspritzen von Kraftstoff in die Brennräume der Brennkraftmaschine und eine durch eine Hochdruckpumpe mit Kraftstoff versorgte Common-Rail-Schiene, von der der Kraftstoff über ein Hochdruckleitungssystem zu den Injektoren geliefert wird. Gemäß der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Common-Rail-Schiene in einem Kanal aufgenommen ist, der von Wandungen des Kurbelgehäuses und eines Ladeluftrohrs gebildet ist.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems ist es, daß durch die erfindungsgemäße Aufnahme der Common-Rail-Schiene, eine kompakte Bauweise der Brennkraftmaschine möglich ist. Die Unterbringung im Bereich des Kurbelghäuses stört den Konturverlauf der Brennkraftmaschine wenig und engt den knappen Bauraum im Bereich des Zylinderkopfs nicht ein. Insbesondere ist das Einspritzsystem auch gegen äußere Beschädigung gut geschützt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Common-Rail-Schiene in einem parallel zur Längsachse des Kurbelgehäuses verlaufenden, im Kurbelgehäuse integrierten Kanal angeordnet oder in einem von Kurbelgehäusewandungen und einem Ladeluftrohr gebildeten Kanal aufgenommen ist. Dadurch ist eine glatte äußere Kontur der Brennkraftmaschine ohne störende Leitungen realisierbar.
Gemäß einer anderen Weiterbildung ist die Common-Rail-Schiene rohrförmig ausgebildet.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausbildung der Erfindung, bei der die rohrförmige Common-Rail-Schiene in einer parallel zur Längsachse des Kurbelgehäuses verlaufenden Längsbohrung angeordnet ist. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine paßgenaue Lagerung der Common-Rail-Schiene in radialer und axialer Richtung, wobei die Common-Rail-Schiene besonders schwingungssicher gelagert werden kann.
Hierbei ist es besonders von Vorteil, die rohrförmige Common-Rail-Schiene z. B. mittels O-Ringen in der Längsbohrung zu lagern. Diese Art der Lagerung ist einfach, paßgenau und schwingungssicher.
Von besonderem Vorteil ist es, die Common-Rail-Schiene flüssigkeitsdicht gekapselt im Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine anzuordnen.
Dies wird vorteilhaft dadurch weitergebildet, daß der die Common-Rail-Schiene beherbergende Kanal einen flüssigkeitsdichten Leckageraum bildet, der mit Mitteln zur Abführung von Leckagemengen versehen ist.
Vorteilhafterweise ist bei dieser Ausführungsform der Leckageraum mit einer Kontrollbohrung zur Anzeige von auftretenden Leckagemengen versehen.
In Kombination mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Common-Rail-Schiene ist es von besonderem Vorteil, auch die die injektoren mit der Common-Rail-Schiene verbindenden Hochdruckleitungen und die Injektoren selbst im Gehäuse der Brennkraftmaschine gekapselt unterzubringen. Dies führt zu einem vollständigen Schutz des gesamten Einspritzsystems gegen Beschädigung durch äußere Einflüsse und ermöglicht eine vollständig glatte äußere Kontur der Brennkraftmaschine ohne irgendwelche Leitungen oder hervorstehenden Teile.
Die Kapselung des Hochdruckleitungssystems geschieht vorteilhafterweise durch eine Anordnung desselben in im Zylinderkopf vorgesehenen Bohrungen.
Die beiden letztgenannten Ausführungsformen sind vorteilhafterweise dadurch weitergebildet, daß die Comman-Rail-Schiene nahe am Zylinderkopf im Kurbelgehäuse angeordnet ist, und daß die Common-Rail-Schiene durch im Kurbelgehäuse und/oder im Zylinderkopf vorgesehene Montageöffnungen zugängliche Hochdruckanschlüsse aufweist, an welchen die zu den Injektoren führenden Hochdruckleitungen angeschlossen sind. Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn die Montageöffnungen so angeordnet sind, daß durch diese sowohl die Hochdruckanschlüsse als auch die Injektoren und die Hochdruckleitungen zugänglich und montierbar sind. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Verminderung des Montage- und Wartungsaufwandes.
Die Montageöffnungen können entweder durch Verschlußdeckel verschlossen sein, oder es ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Zylinderkopf mehrteilig ausgebildet ist, und daß die Montageöffnungen durch ein leicht demontierbares Teil des Zylinderkopfs verschlossen sind.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist ein bei der Brennkraftmaschine vorgesehenes Ladeluftrohr als dieses vorstehend genannte leicht demontierbare Teil des Zylinderkopfs ausgebildet. Dabei ist es besonders günstig, die Montageöffnungen seittich am Zylinderkopf vorzusehen und durch das Ladeluftrohr zu verschließen.
Vorteilhafterweise sind hierbei die Montageöffnungen und von dem Ladeluftrohr zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine führende Lufteinlaßkanäle im wesentlichen in einer Reihe in einer Dichtungsfläche zwischen dem Zylinderkopf und dem Ladeluftrohr angeordnet. Hierdurch wird die Herstellung der Öffnungen und Dichtungsflächen am Zylinderkopf und am Ladeluftrohr wesentlich vereinfacht. Weiterhin bietet es sich bei dieser Ausführungsform an und ist es von besonderem Vorteil, die Montageöffnungen und die Lufteinlaßkanäle an der Dichtungsfläche durch eine gemeinsame Dichtung abzudichten.
Der Vorteil der vorstehend genannten Ausführungsformen, bei denen die Montageöffnungen durch das Ladeluftrohr verschlossen sind, ist es, daß keine zusätzlichen Montagedeckel und Befestigungsteile erforderlich sind, und daß beim Tausch eines einzelnen Zylinderkopfs lediglich das Ladeluftrohr und die zu dem Injektor des betreffenden Zylinderkopfs führende Hochdruckleitung gelöst werden müssen, jedoch die Common-Rail-Schiene und die übrigen Hochdruckleitungen nicht demontiert werden müssen.
Von besonderem Vorteil ist eine Ausgestaltung, bei der das Ladeluftrohr einen parallel zur Kurbelgehäuselängsachse verlaufenden Abflußkanal zur Aufnahme von an den Injektoren anfallenden Leck- und Steuerkraftstoffmengen aufweist, in den zu den Injektoren führende Leck- und Steuerkraftstoffkanäle münden. Dies kann so weitergebildet sein, daß die Leck- und Steuerkraftstoffkanäle mit den die Injektoren beherbergenden Bohrungen in Verbindung stehen, wobei die Injektoren so ausgebildet sind, daß sie die Leck- und Steuerkraftstoffmengen in die Bohrungen abgeben. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung des Kraftstoffeinspritzsystems.
Dabei ist es günstig, die Leck- und Steuerkraftstoffkanäle durch die die Montageöffnungen enthaltende Dichtungsfläche hindurchtreten zu lassen und in der Dichtungsfläche durch die die Montageöffnungen und das Ladeluftrohr gegeneinander abdichtende Dichtung mit abzudichten.
Gemäß einer Ausführungsform ist es vorgesehen, daß die Common-Rail-Schiene zum Anschluß einer zur Hochdruckpumpe führenden Leitung und/oder eines Drucksensors an mindestens einem Ende aus dem Kurbelgehäuse herausgeführt ist. Dabei ist es von Vorteil, die zur Hochdruckpumpe führende Leitung und den Drucksensor am gleichen Ende an der Common-Rail-Schiene anzuschließen.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Teils eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine, welche wesentliche Bestandteile des erfindungsgemäßen Kraftstoffeinspritzsystems zeigt. Die Brennkraftmaschine hat ein Kurbelgehäuse 1, von dem in der Figur nur ein kleiner Teil dargestellt ist, und mehrere Zylinderköpfe, von denen ein Zylinderkopf 2 gezeigt ist. In dem Zylinderkopf 2 ist in einer Bohrung 29 eine Hochdruckleitung 5 mit Zwischenspeicher 37 und Rückströmdrossel angeordnet. Die Hochdruckleitung 5 führt über ein Druckstück 42 zu einem Kraftstoffinjektor 36 (s. Fig.5), der zum Einspritzen von Kraftstoff in den zugeordneten Brennraum, den Zylinder 14, der Brennkraftmaschine dient. Die Hochdruckleitung 5 ist im Bereich des Leitungsabschnitts 7 über einen Anschluß 8 mit einer Common-Rail-Schiene 3 verbunden. Der Common-Rail-Schiene 3 wird von einer in der Figur nicht gezeigten Hochdruckpumpe Kraftstoff zugeführt und dort nach Art eines ölelastischen Speichers unter Druck vorgehalten und bei Betätigung des Kraftstoffinjektors 36 zu einem vorgegebenen Zeitpunkt und in einer vorgegebenen Menge in den Brennraum der Brennkraftmaschine abgegeben. insoweit entspricht das gezeigte Kraftstoffeinspritzsystem dem Stand der Technik.
Die Common-Rail-Schiene 3 ist im oberen, dem Zylinderkopf 2 zugewandten Teil des Kurbelgehäuses 1 in einem parallel zur Längsachse desselben verlaufenden Kanal 6 angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Common-Rail-Schiene 3 in Form eines Rohres ausgebildet und der Kanal 6 ist als parallel zur Längsachse des Kurbelgehäuses 1 verlaufende Längsbohrung vorgesehen.
Wie anhand von Figur 7 zu sehen ist, welche einen Längsschnitt durch eines der Enden der Common-Rail-Schiene zeigt, ist diese mittels O-Ringen 23 in dem Kurbelgehäuse 1 gelagert, wobei diese O-Ringe 23 in Nuten 24 in der Längsbohrung 6 angeordnet sind.
Wie aus Figur 1 weiter ersichtlich ist, ist an der Seite des Zylinderkopfs 2 eine Montageöffnung 28 vorgesehen, durch welche die Hochdruckleitungen 5 und 7 und der Anschluß 8 der Hochdruckleitung 7 an der Common-Rail-Schiene 3 zugänglich und montierbar sowie demontierbar sind.
An der Seite der Brennkraftmaschine ist ein Ladeluftrohr 4 angeordnet, welches der Zuführung von vorzugsweise mittels eines Abgasturboladers komprimierter Luft zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine dient.
In Figur 2 ist ein vom Ladeluftrohr 4 zum Brennraum der Brennkraftmaschine führender Einlaßkanal 15, die Nockenwelle 13 und ein Stößel 16 des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine zu sehen. Wie ersichtlich ist, befindet sich der Einlaßkanal 15 im wesentlichen in einer Flucht mit der Montageöffnung 28, das heißt, bei einer Brennkraftmaschine mit in Reihe angeordneten Zylindern 14 sind die Montageöffnungen 28 und die Lufteinlaßkanäle 15 im wesentlichen in einer Reihe an der Seite des bzw. der Zylinderköpfe angeordnet, und verfügen über eine gemeinsame Dichtungsfläche 33, an welcher eine zwischen dem Zylinderkopf 1 und dem Ladeluftrohr 4 vorgesehene Dichtung 32 angeordnet ist. Während der Lufteinlaßkanal 15 mit dem luftführenden Teil des Ladeluftrohrs 4 in Verbindung steht, ist der über der Montageöffnung 28 befindliche Teil des Ladeluftrohrs gegen den luftführenden Teil abgeschlossen, so daß die Montageöffnung 28 durch das Ladeluftrohr 4 durch die Dichtung 32 hermetisch nach außen abgeschlossen ist. Aufgrund seiner Lage und Anordnung kann das Ladeluftrohr 4 als Teil des damit zweiteilig ausgebildeten Zylinderkopfs 2 angesehen werden. Die Dichtung 32 ist für die Lufteinlaßkanäle 15 und die Montageöffnungen 28 der von dem Ladeluftrohr 4 versorgten Zylinderköpfe 2 gemeinsam vorgesehen. Alternativ können die Montageöffnungen 28 auch durch einzelne Verschlußdeckel verschlossen sein.
Durch die Halterung der Common-Rail-Schiene 3 in Aufnahmen des Kurbelgehäuses 1 der Brennkraftmaschine und den hermetischen Abschluß des die Hochdruckleitungen 5 und die Injektoren 36 beherbergenden Raumes durch das Ladeluftrohr 4 sind die Common-Rail-Schiene 3 sowie die Hochdruckleitungen 5 und 7 und die Kraftstoffinjektoren 36 nach außen flüssigkeitsdicht gekapselt, wobei ein flüssigkeitsdichter Leckageraum 11 gebildet wird, welcher jedweden aufgrund von Leckagen oder Undichtigkeiten an den Verschraubungen austretenden Kraftstoff aufnimmt. Derartige etwa auftretende Leckagemengen sammeln sich in einer Leckageabführung 9 am Grund des Kanals 6. Eine auf dem Niveau der Leckageabführung 9 vorgesehene Kontrollbohrung im Kurbelgehäuse 1 der Brennkraftmaschine ermöglicht es das Auftreten von Leckagemengen anzuzeigen.
Von den Bohrungen 29, die in Verbindung mit Bohrungen 38 stehen, führt ein Leck- und Steuerkraftstoffkanal 30 zu einem parallel zur Kurbelgehäuselängsachse im Ladeluftrohr 4 verlaufenden Abflußkanal 12, welcher der Aufnahme von an den Injektoren 36 anfallenden Leck- und Steuerkraftstoffmengen dient. Solche Leck- und Steuerkraftstoffmengen, welche direkt an den Injektoren 36 auftreten, werden nicht in den im Bereich der Common-Rail-Schiene 3 vorgesehenen Leckageraum 11 abgegeben, sondern sammeln sich innerhalb der Bohrung 38 und treten über den Leck- und Steuerkraftstoffkanal 30 zu dem Abflußkanal 12 aus, über welchen sie zu dem Kraftstoffeinspritzsystem zurückgeführt werden. Die Leck- und Steuerkraftstoffkanäle 30 führen auch durch die die Montageöffnungen 28 und die Lufteinlaßkanäle 15 enthaltende Dichtungsfläche 32 und werden dort durch Dichtungen 31 abgedichtet.
Wie in Figur 3 dargestellt, ist die Common-Rail-Schiene 3 zwischen Kurbelgehäuse 1 und einem Ladeluftrohr 4 angeordnet. Die Teile des Kraftstoffeinspritzsystems entsprechen im wesentlichen denen der Figur 1 und sind deshalb mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der vom Kurbelgehäuse 1 und dem Ladeluftrohr 4 gebildete Kanal 40 verläuft parallel zur Längsachse des Kurbelgehäuses. Der Kanal 40 bildet zusammen mit dem Leckageraum 11, der vom Ladeluftrohr 4 und einem Verschlußdeckel 39 sowie dem Zylinderkopf 2 und Kurbelgehäusewandungen begrenzt ist einen flüssigkeitsdichten Raum für die Common-Rail-Schiene. Durch Demontage des Verschlußdeckels 39 und/oder des Ladeluftrohrs 4 sind die Teile des Hochdruckleitungssystems in einfacher Weise zugänglich. Dabei bietet die aus dem Ladeluftrohr bestehende Abdeckung einen platzsparenden Schutz für das Hochdruckleitungssystem.
Figur 4, die eine Figur 2 entsprechende Ansicht das Ausführungsbeispiels nach Figur 3 darstellt, zeigt die Lagerung der Common-Rail-Schiene am Kurbelgehäuse mittels Halteschellen 41, die am Kurbelgehäuse verschraubt sind. Anstelle einer Lagerung mit Schellen ist es auch möglich, die Common-Rail-Schiene analog dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2, wie in Figur 7 dargestellt, mit O-Ringen zu lagern, die zwischen Ladeluftrohr 4 und Kurbelgehäuse 1 eingebracht sind.
Figur 5 ist eine Draufsicht eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine in der ein Injektor 36 mit einer Leckage- und Steuerbohrung 38 dargestellt ist. Die Hochdruckleitung 5 ist über ein Druckstück 42 mit den Injektor 36 verbunden. Die Bohrungen 38 und 29 stehen zur Abführung von Leckage- und Steuerkraftstoff miteinander in Verbindung.
Wie aus Figur 6 ersichtlich ist, ist die Common-Rail-Schiene 3 an einem Ende des Kurbelgehäuses 1 aus diesem herausgeführt und mit einem Anschluß 25 für eine zu der die Common-Rail-Schiene 3 mit Kraftstoff versorgenden Hochdruckpumpe und einem Anschluß 26 für einen Drucksensor zur Überwachung des Drucks in der Common-Rail-Schiene 3 versehen. Diese Anschlüsse 25 und 26 sind in einer das herausgeführte Ende der Common-Rail-Schiene 3 abdeckenden Abschirmung 20 vorgesehen, welche mittels in Nuten 24 angeordneten O-Ringen 22 die Common-Rail-Schiene 3 lagert und mittels eines O-Rings 27 gegen das Kurbelgehäuse 1 abgedichtet ist. Das Ende der Common-Rail-Schiene 3 ist mittels eines in ein dort vorgesehenes Innengewinde eingeschraubten Verschlußstopfens 35 mit Dichtplatte verschlossen. Weiterhin in Figur 6 sichtbar ist ein Längsschnitt durch den Anschluß 8 für die Hochdruckleitung 7, welcher von einem Leckageraum 21 umgeben ist. Alle Anschlüsse von Hochdruckleitungen an der Common-Rail-Schiene 3 sind durch Kegeldichtungen und Verschlußschrauben realisiert.
Figur 7 zeigt das zweite Ende der Common-Rail-Schiene 3, das sich an dem Ende des Kurbelgehäuses 1, welches einen Rädertrieb zur Steuerung von Ein- und Auslaßventilen der Brennkraftmaschine aufweist, befindet Gezeigt ist nur ein Nockenwellenrad 17. Dieses Ende ist mittels in Nuten 24 angeordneten O-Ringen 23 in der Bohrung 6 gelagert und gleichzeitig gegen diese abgedichtet. Durch einen in ein dort vorgesehenes Innengewinde eingeschraubten Verschlußstopfen 19 mit Dichtplatte ist dieses Ende der Common-Rail-Schiene 3 verschlossen.