DE10061873A1 - Kraftstoffspeicherrohr eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffspeicherrohr eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine, das variabel aus Modulen zusammengesetzt ist. Die Modultechnik erlaubt die Darstellung unterschiedlich langer Kraftstoffspeicher aus nur wenigen unterschiedlichen Bauteilen. Die Module sind aufgrund ihrer geringen Größe im Vergleich zum zusammengebauten Kraftstoffspeicherrohr vorteilhaft bei Fertigung, Montage, Lagerhaltung und Reparatur. Sie ermöglichen für Motoren verschiedener Zylinderzahlen die Darstellung der Kraftstoffspeicher im Baukastensystem. Bei einer vorteilhaften Ausbildung bestehen die Module aus Segmenten, die durch Aneinanderreihung ein durchgehendes Kraftstoffspeicherrohr ergeben. Es genügen wenige unterschiedliche Segmente, die an spezielle Zwecke angepasst sind.

Description

Es ist bekannt bei Common-Rail-Einspritzsystemen einen Hochdruckspeicher zu verwenden, in dem Kraftstoff unter Ausnutzung seiner Kompressibilität und der Bauteilelastizität des Speichers unter dem Einspritzdruck vorgehalten wird. Der Kraftstoff wird von einem Kraftstoffvorrat mittels einer oder mehrerer Hochdruckpumpen in den Hochdruckspeicher gefördert. Der Hochdruckspeicher ist über Einspritzleitungen mit Injektoren verbunden, die jedem Zylinder zugeordnet sind. Bei einer Einspritzung wird Kraftstoff aus dem Speicher entnommen. Der daraus resultierende Druckabfall ist abhängig von der Größe des Speichers.

Es gibt zwei unterschiedliche Speicherkonzepte, den Einzelspeicher, bei dem jedem Injektor ein separater Speicher zugeordnet ist und den Sammelspeicher, dem alle oder mehrere Injektoren einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind.

Beim Einzelspeicherkonzept, das beispielsweise aus der DE 197 12 135 C1 oder dem MTZ Sonderdruck aus der MTZ Motortechnische Zeitschrift 61 (2000) Heft/Vol. 10 als bekannt hervorgeht, muss jeder Speicher ein Volumen aufweisen, das groß genug ist, dass der Druck bei einer Kraftstoffentnahme nicht zu stark abfällt. Dies ergibt für alle Motorzylinder betrachtet ein großes Speichervolumen. Um beim Motorstart kurze Anlasszeiten zu erreichen sind Kraftstoffhochdruckpumpen mit entsprechender Förderkapazität erforderlich. Vorteilhaft beim Einzelspeicherprinzip sind gleichmäßige Druckverhältnisse, da eine Interaktion der Injektoren untereinander weitgehend ausgeschlossen ist. Das Einzelspeicherkonzept ist insbesondere bei schwerölbetriebenen Dieselmotoren nicht sinnvoll anwendbar.

Im Schwerölbetrieb bestehen in Verbindung mit Druckspeichereinspritzsystemen zusätzliche Erfordernisse. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für den Schwerölbetrieb mit einer Diesel-Brennkraftmaschine geht beispielsweise aus der DE 196 45 243 C2 als bekannt hervor. Bei Schwerölbetrieb besteht die Besonderheit, dass der Brennstoff zur Erhaltung der Fließfähigkeit, insbesondere auch im Stillstand der Brennkraftmaschine, immer auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden muss. Eine, jedoch nicht die einzige Möglichkeit, den Kraftstoff warm und fließfähig zu halten, besteht darin, die Kraftstoffhochdruckpumpe und den Kraftstoffspeicher ständig mit heißem Schweröl zu durchspülen, das mittels einer Heizeinrichtung temperiert wird. Die Durchspülung des Kraftstoffspeichers setzt ein Rücklaufventil oder Spülventil voraus, welches beim Durchspülen offen sein muss. So entsteht ein Spülkreis, in dem das Schweröl über die Heizeinrichtung zur Förderpumpe zurückfließen kann. Das Sammelspeicherkonzept ist für den Schwerölbetrieb günstiger, da jeder Speicher ein Spülventil erfordert und demzufolge beim Einzelspeicherkonzept eine Vielzahl von Spülventilen vorzusehen ist.

Das Speichervolumen des Sammelspeichers, dem alle Injektoren einer Zylinderreihe oder zumindest mehrere Injektoren einer Brennkraftmaschine zugeordnet sind, ist insgesamt kleiner als beim Einzelspeicherkonzept. Dementsprechende Vorteile ergeben sich zum Beispiel hinsichtlich des Startverhaltens. Der Druck im Sammelspeicher ist jedoch weniger gleichmäßig, und die bei der Einspritzung entstehenden Druckpulsationen verursachen unerwünschte Einspritzmengen- und Einspritzbeginnunterschiede der Injektoren, die jedoch erfahrungsgemäß entweder vernachlässigbar gering sind oder durch einfache Maßnahmen auf ein geringes Niveau reduziert werden können. Ein Einspritzsystem mit Sammelspeichern für den Kraftstoff und mehreren an der Speichereinrichtung angeschlossenen Einspritzventilen ist beispielsweise in der DE 195 32 599 A1 ersichtlich. Zur Unterdrückung von störenden Druckschwankungen werden in der Zündfolge nacheinander angesteuerte Einspritzventile an voneinander getrennte Sammelspeicher angeschlossen, so dass die Einspritzungen der einem Speicher zugeordneten Injektoren in einem großen zeitlichen Abstand aufeinander folgen und sich die Druckpulsationen in den Einspritzpausen beruhigen können.

Großmotoren werden im Verhältnis zu kleinen Motoren, wie sie beispielweise in Personenkraftwagen eingesetzt werden, in geringen Stückzahlen gebaut. Zur Anpassung der Leistung werden bei Großmotoren die Anzahl der Zylinder variiert. Dementsprechend müssen Sammelspeicher, die sich entlang der Motorlängsachse erstrecken und aus einem durchgehenden Rohr bestehen, mit unterschiedlicher Länge und entsprechend unterschiedlichen Anschlüssen für die Einspritzleitungen, Spülventil, Druckmesssensoren und Hochdruckpumpenzuleitung gefertigt werden. Die geringen Stückzahlen und nicht zuletzt das hohe Fertigungsrisiko führen dazu, dass Sammelspeicher in der Herstellung teuer sind. Wenn während der Fertigung oder bei der Montage beispielsweise eine Hochdruckdichtkomponente beschädigt wird, dann wird oft der ganze Sammelspeicher wertlos, weil die Reparatur von Hochdruckdichtverbänden problematisch ist. Die Größe und Unhandlichkeit der Teile erfordert im weiteren besondere Fertigungsmaschinen, deren Anzahl schon aus Kostengründen begrenzt ist, was die Fertigung behindert. Wird bei der Montage oder im Betrieb beispielsweise der Dichtsitz eines Injektors im Sammelspeicher beschädigt, dann muss unter Umständen mit entsprechenden Kosten das ganze Rail ausgebaut werden, und in manchen Einbausituationen ist dies kaum ohne Motorausbau möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Sammelspeicher in Form eines sich entlang der Motorlängsachse erstreckenden Kraftstoffspeicherrohrs darzustellen, der hinsichtlich Fertigung, Montage, Lagerhaltung und Reparatur einfach und kostengünstig ist und in der Funktionalität einem herkömmlichen Sammelspeicher nicht nachsteht.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Der Kraftstoffspeicher wird variabel aus Modulen zusammengesetzt. Die Modultechnik erlaubt die Darstellung unterschiedlich langer Kraftstoffspeicher aus nur wenigen unterschiedlichen Bauteilen. Die Module sind aufgrund ihrer geringen Größe im Vergleich zum gesamten Kraftstoffrohr im Handling bei Fertigung und Montage äußerst vorteilhaft.

Sie ermöglichen bei Motoren verschiedener Zylinderzahlen die Darstellung der Kraftstoffspeicher im Baukastensystem. Bei einer vorteilhaften Ausbildung bestehen die Module aus einer Anzahl von Segmenten, die einen gemeinsamen Raum umschließen. Durch Aneinanderreihung ergibt sich ein durchgehendes Kraftstoffspeicherrohr beliebiger Länge. Die Länge der Segmente ist zweckmäßigerweise auf die Zylinderabstände einer Motorbaureihe abgestimmt. Dadurch können zur Herstellung eines Kraftstoffspeicherrohrs für Motorvarianten unterschiedlicher Zylinderzahlen die gleichen Teile zur Anwendung kommen. Es genügen einige wenige unterschiedliche Segmente, die spezielle Zwecke erfüllen, nämlich beispielsweise Segmente mit Anschlüssen für Einspritzleitungen oder Hochdruckpumpen usw. Diese speziellen Segmente können je nach Bedarf an verschiedenen Stellen entlang der Motorlängsachse eingesetzt werden. Es entfällt damit die kostenintensive Lagerhaltung einer Vielzahl von unterschiedlichen Bauteilen. Beschädigte Module bzw. Segmente können ohne große Umstände und ohne große Kosten ausgetauscht werden. Fertigung und Montage wird vereinfacht, ohne dass die Funktionalität des Kraftstoffspeicherrohrs verändert wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Kraftstoffspeicherrohrs, das aus jeweils gleich langen Segmenten aufgebaut ist;

Fig. 2 Einen Aufbau eines Kraftstoffspeicherrohrs aus drei Modulen.

Der in Fig. 1 dargestellte Sammelspeicher, der als ein sich entlang der Längsachse einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine erstreckendes Kraftstoffspeicherrohr 1 ausgebildet ist, besteht aus Modulen mit Segmenten 2, die ihrerseits mit Segmentabschnitten 3 und zwischen benachbarten Segmentabschnitten 3 liegenden Zwischenstücken 5 ausgebildet sind. Ein Segmentabschnitt 3 und ein Zwischenstück 5 ergeben zusammen die Länge eines Zylinderabstands (Abstand zwischen zwei benachbarten Zylindern). Die Segmentabschnitte 3 beinhalten jeweils einen Anschluss für eine Einspritzleitung 4, die mit einem einem Zylinder 6 zugeordneten, nicht dargestellten Injektor verbunden ist. Die Ausbildung des Anschlusses einer Einspritzleitung 4 am Kraftstoffspeicherrohr 1 ist beispielsweise aus der DE 196 06 946 C2 ersichtlich. In jeder Einspritzleitung 4 liegt ein Mengenbegrenzungsventil 8. Die jeweils äußeren Enden des aus Segmenten 2 gebildeten Kraftstoffspeicherrohrs 1 sind durch Endstücke 7 verschlossen. Im Fall eines schwerölbetriebenen Motors kann, wenn die Kraftstoffheizung durch Heißspülung erfolgt, ein Spülventil 9 vorgesehen sein, das vorzugsweise einem Endstück 9 zugeordnet ist. Ferner können dem Endstück 9 auch ein Sicherheitsventil 13 und ein Druckmesssensor zugeordnet sein. Dem Endstück 9 kann aber auch der Anschluss der Hochdruckpumpe 10 zugeordnet sein. Alternativ können die Segmentabschnitte 3 für den Anschluss einer Hochdruckpumpe 10 ausgebildet sein. Es können zwei für die entsprechenden Zwecke unterschiedliche Ausführungen der Segmentabschnitte vorgesehen sein, oder jeder Segmentabschnitt kann mit einem Hochdruckpumpenanschluss ausgebildet sein. Die nicht benötigten Anschlüsse werden dicht verschlossen.

Ein Segment 2 mit einem Segmentabschnitt 3 und einem Zwischenstück 5 kann auch dem Abstand mehrerer Zylinder entsprechen. Der Segmentabschnitt weist dann entsprechend viele Anschlüsse für die Injektoren auf. Das Segment 2 erstreckt sich dann, wie jedoch nicht dargestellt, über mehrere Zylinder, vorzugsweise über zwei oder drei Zylinder hinweg. Mit diesen Bauteilen ist der Aufbau jeder Länge eines Kraftstoffspeicherrohrs 1 möglich.

Ein Segment 2 kann auch ohne Zwischenstücke ausgeführt sein, wenn die Segmentabschnitte 3 in der Länge einem oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Zylinderabstands entsprechen. Die Teilevielfalt, die auf Lager gehalten werden muss, verringert sich noch mehr. Ob Zwischenstücke verwendet werden, ist eine Frage der Montageart. Die Zusammenfügung der Segmente kann durch Schweißen, z. B. Reibschweißen, Verschrauben und andere Montagearten erfolgen. Je nachdem kann es sinnvoll sein Zwischenstücke vorzusehen oder nicht.

Die Fig. 2 zeigt ein aus drei Modulen 11 aufgebautes Kraftstoffspeicherrohr für sieben Zylinder. Zwei Module sind auch in der Länge identisch. Alle Module sind mit einer eigenen Hochdruckpumpe 10 verbunden. Außerdem ist jedem Modul ein Spülventil 9 zugeordnet, das im Zusammenhang mit dem Schwerölbetrieb zum Durchspülen der Speicher notwendig ist. Die Module können zum Druckausgleich mit dünnen Leitungen untereinander verbunden sein. Dann genügt es, nur einen Modul mit Druckmesssensor 12 und Sicherheitsventil 13 zu versehen. Die Module sind im Aufbau, was die Anschlüsse und Durchmesser anbetrifft gleich, so dass eine wesentliche Vereinfachung in Herstellung und Montage gegeben ist.

Claims (16)

1. Kraftstoffspeicherrohr eines Kraftstoffeinspritzsystems für mehrzylindrige Brennkraftmaschinen, mit jedem Zylinder zugeordneten Injektoren für die Kraftstoffeinspritzung, wobei die Injektoren über Einspritzleitungen mit dem Kraftstoffspeicherrohr verbunden sind, wobei ferner das Kraftstoffspeicherrohr an wenigstens eine Pumpe angeschlossen ist, die unter Druck stehenden Kraftstoff in das Kraftstoffspeicherrohr liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffspeicherrohr (1) variabel aus Modulen (11, 2, 3, 5) zusammengesetzt ist.

2. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Modul (11) jeweils einen Anschluss für eine Hochdruckpumpe (10) aufweist.

3. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Modul (11) mindestens zwei Anschlüsse für Einspritzleitungen (4), einen Druckmesssensor (12) und ein Sicherheitsventil (13) besitzt.

4. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Modul (11) mit einem Spülventil (9) verbunden ist.

5. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module miteinander verbunden sind und einen gemeinsamen Raum umschließen.

6. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Module als rohrförmige Segmente (2) ausgebildet sind.

7. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Segments (2) dem Zylinderabstand der Brennkraftmaschine entspricht.

8. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge eines Segments (2) einem ganzzahligen Vielfachen eines Zylinderabstands entspricht.

9. Kraftstoffspeicherrohr nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffspeicherrohr (1) aus Segmenten (2) von wenigstens zwei unterschiedlichen, dem ganzzahligen Vielfachen eines Zylinderabstands entsprechenden Längen gebildet ist.

10. Kraftstoffspeicherrohr nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (2) mit der den jeweils zugeordneten Zylinderzahlen entsprechenden Anzahl von Anschlüssen für die Einspritzleitungen (4) ausgebildet sind.

11. Kraftstoffspeicherrohr nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Segment (2) jeweils aus einem Segmentabschnitt (3) mit Anschlüssen für die Einspritzleitungen (4) und einem Zwischenstück (5) besteht, das zwei benachbarte Segmentabschnitte (3) miteinander verbindet.

12. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenstücke (5) mit Anschlüssen für eine Hochdruckpumpe (10) und/oder ein Sicherheitsventil (13) und/oder ein Spülventil (9) und/oder einen Druckmesssensor (12) ausgebildet sind.

13. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmentabschnitte (3) mit Anschlüssen für eine Hochdruckpumpe (10) und /oder ein Sicherheitsventil (13) und/oder ein Spülventil (9) und/oder einen Druckmesssensor (12) ausgebildet sind.

14. Kraftstoffspeicherrohr nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils äußersten Segmente (2) durch Endstücke (7) verschlossen sind.

15. Kraftstoffspeicherrohr nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Endstücke (7) mit Anschlüssen für eine Hochdruckpumpe (10) und/oder ein Sicherheitsventil (13) und/oder ein Spülventil (9) und/oder einen Druckmesssensor (12) ausgebildet sind.

16. Einspritzsystem für eine mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ein Kraftstoffspeicherrohr (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 beinhaltet.