DE10055675A1 - Einrichtung zur Verteilung von Kraftstoff für eine Brennktaftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verteilung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine im Fahrzeug längseingebaute Brennkraftmaschine mit Pumpe-Düse-Element, die im Zylinderkopf eine kraftstoffführende und in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Ausnehmung aufweist, in der ein Mischrohr angeordnet wird. Es wird die Aufgabe gelöst, ein solches Mischrohr zu schaffen, das ohne Demontage der Brennkraftmaschine oder des Zylinderkopfes montiert bzw. demontiert werden kann. Dies wird möglich, indem das Mischrohr (6) zumindest teilweise aus einem flexiblen Werkstoff besteht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verteilung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine im Fahrzeug längseingebaute Brennkraftmaschine mit Pumpe-Düse-Elementen, die im Zylinderkopf eine kraftstoffführende und in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Ausnehmung aufweist, in der ein Mischrohr angeordnet wird, das mittels Stützen in dieser Ausnehmung gelagert ist und einen zentralen Zulaufkanal für den Kraftstoff aufweist, der über Abströmöffnungen mit einem koaxial zwischen dem Mischrohr und der Ausnehmung liegenden Hohlraum verbunden ist, wobei der Hohlraum mit den Einspritzelementen in Wirkverbindung steht.

Für die Verteilung des Kraftstoffes auf die einzelnen Brennräume einer Brennkraftmaschine sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt. Für konventionelle Konstruktionen werden oftmals sog. Kraftstoffverteilerleisten verwendet, die überwiegend den Saugrohren zugeordnet werden und eine zentrale Einspeisestelle für den Kraftstoff, einen Kraftstoffdruckregler, einen Kraftstoffrücklauf sowie separate Abgänge für die einzelnen Einspritzelemente aufweisen. Bei modernen Brennkraftmaschinen werden die Kraftstoffleitungen zunehmend innerhalb des Zylinderkopfes ausgestaltet. Derartige Anordnungen bewirken mehrere Vorteile, z. B. einen verminderten Bauraumbedarf. Allerdings ergeben sich auch Nachteile: Im Verlauf des Strömungsweges erfolgt ein Wärmeeintrag vom Zylinderkopf auf den Kraftstoff, wobei dieser Wärmeeintrag von der Verweilzeit des Kraftstoffes im Kanal abhängig ist. Der Kraftstoff legt zu den einzelnen Brennräumen unterschiedlich lange Strömungswege zurück. Folglich entstehen unterschiedliche Verweilzeiten im Kanal, die eine, für die einzelnen Brennräume ungleichmäßige Erwärmung des Kraftstoffs bewirken. Somit ergeben sich jedoch auch Temperaturdifferenzen zwischen den Kraftstoffteilmengen, die an den Einspritzelementen der verschiedenen Zylinder einer Reihenbrennkraftmaschine anliegen. Die Temperatur des Kraftstoffes hat jedoch Einfluß auf mehrere Parameter. So ist das Kraftstoff-Volumen stark temperaturabhängig. Folglich bilden sich durch unterschiedliche Temperaturen unterschiedliche Volumina aus. In deren Folge entstehen ungleichmäßige Kraftstoffmassenströme zu den jeweiligen Einspritzelementen, so dass die einzelnen Brennräume mit unterschiedlichen Einspritzmengen beaufschlagt werden. Weiterhin ist auch die Kraftstoff-Viskosität temperaturabhängig. Somit ergeben sich insbesondere bei modernen Pumpe-Düse-Konstruktionen zusätzliche Probleme, weil hier neben den unterschiedlichen Einspritzmengen auch stark unterschiedliche Einspritzdrücke auftreten. Dies beeinträchtigt jedoch das Betriebsverhalten der gesamten Brennkraftmaschine.

Für Brennkraftmaschinen mit Pumpe-Düse-Konstruktionen kann das Problem unterschiedlicher Kraftstofftemperaturen an den einzelnen Einspritzelementen weitgehend durch Anwendung einer Einrichtung zur Verteilung von Kraftstoff gemäß DE 197 35 437 A 1 gelöst werden. Hierbei ist im Zylinderkopf eine kraftstoffführende Ausnehmung vorgesehen, die in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verläuft. In dieser Ausnehmung wird ein rohrförmiger Einsatz angeordnet, der einen koaxial zwischen ihm und der Ausnehmung liegenden Hohlraum begrenzt. Der Einsatz weist einen zentralen Zulaufkanal für den Kraftstoff auf und ist mittels Stützen an der Ausnehmung gelagert. Der zentrale Kraftstoffzuführkanal ist über mehrere Abströmöffnungen mit dem koaxial angeordneten Hohlraum verbunden, der wiederum mit den Einspritzelementen in Wirkverbindung steht. Der Einsatz wirkt also funktionell als (Temperatur-)"Mischrohr", wobei gemäß den Darlegungen in DE 197 35 437 A1 zwischen beliebigen Zylindern einer Reihenbrennkraftmaschine lediglich geringe Temperaturdifferenzen entstehen können. Folglich sind die temperaturabhängigen Kraftstoffparameter an den einzelnen Einspritzelementen fast identisch und somit wird jedem Brennraum eine nahezu identische Kraftstoffmenge zugeführt.

Das im Kraftstoffzuführkanal innerhalb des Zylinderkopfes angeordnete Mischrohr ist grundsätzlich für verschiedenartige Konstruktionen von Brennkraftmaschinen geeignet. Bisher hat sich ein solches Mischrohr insbesondere für Brennkraftmaschinen mit Pumpe-Düse-Konstruktionen bewährt, um einen in allen Lastzuständen weitgehend optimalen Motorbetrieb realisieren zu können. Allerdings können sich beispielsweise bei Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten Probleme ergeben: Das Mischrohr ist üblicherweise als ein formstabiles und starres Bauteil ausgebildet. Gelegentlich kommt es vor, dass das Mischrohr im Endbereich bricht. Ein solcher Bruch kann verschiedene Ursachen haben, z. B. Verspannung, Toleranzüberschreitung der Bauteile oder konstruktive Mängel. In jedem Fall verbleiben die Bruchstücke im Kraftstoffzuführweg und gelangen aufgrund der Strömungswirkung zu den Einspritzelementen. Dadurch kann die Zulaufbohrung des Pumpe-Düse-Elementes zumindest teilweise zugesetzt werden und folglich wird der Kraftstoffzufluss behindert. Dies beeinträchtigt wiederum das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine, so dass in bestimmten Drehzahl- und Lastbereichen ein "Ruckeln" auftritt.

Sofern Fahrzeuge mit einem derartigen Schadensbild in der Werkstatt untersucht werden, wird bei der Fehlersuche das Mischrohr ausgebaut und bezüglich Funktion und Zustand geprüft. Sofern das beanstandete Fahrzeug eine quereingebaute Brennkraftmaschine aufweist, ist dieser Arbeitsschritt problemlos zu realisieren. Nach Demontage der Kraftstoffvorförderpumpe, die überwiegend als Tandempumpe ausgestaltet ist, kann das Mischrohr aus der kraftstoffführenden Ausnehmung des Zylinderkopfes entfernt werden. Bei Längseinbau der Brennkraftmaschine ist dies allerdings nicht möglich, weil die Länge des Mischrohres (die fast der Länge des Zylinderblocks entspricht) wesentlich größer ist, als der freie Bauraum zwischen der Stirnseite des Zylinderkopfes und der Spritzwand der Karosserie. Bei längseingebauten Brennkraftmaschinen kann das Mischrohr erst nach Demontage der Brennkraftmaschine oder zumindest des Zylinderkopfes demontiert und nachfolgend wieder (bzw. ein neues Mischrohr) montiert werden. Dadurch ergeben sich jedoch erhebliche Montagezeiten und -kosten, die in keinem Verhältnis zu den relativ geringen Kosten der eigentlichen Schadensursache stehen. Deshalb wird bei einem Längseinbau der Brennkraftmaschine überwiegend auf die Verwendung eines Mischrohres verzichtet werden. Demzufolge können auch die Vorteile nicht genutzt werden, die mit einem Mischrohr im Motorbetrieb grundsätzlich erreichbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mischrohr zu schaffen, das insbesondere für den Längseinbau einer Brennkraftmaschine im Fahrzeug geeignet ist und das ohne Demontage der Brennkraftmaschine oder des Zylinderkopfes montiert bzw. demontiert werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst, indem das Mischrohr zumindest teilweise aus einem flexiblen Werkstoff besteht. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.

Das erfindungsgemäße Mischrohr ist grundsätzlich für alle Brennkraftmaschinen geeignet, die im Zylinderkopf eine kraftstoffführende, in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Ausnehmung aufweisen. Besondere Vorteile gegenüber den bisherigen technischen Lösungen ergeben sich an Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine in Längseinbau. Bei derartigen Konstruktionen kann nunmehr das Mischrohr ohne aufwendige Demontage- und Montagearbeiten ausgetauscht werden. Dies ermöglicht erhebliche Kosten- und Zeiteinsparungen bei notwendigen Instandsetzungen. Weiterhin bewirkt das Mischrohr aus flexiblem Werkstoff eine Dämpfung von Druckimpulsen, die insbesondere bei Pumpe-Düse-Konstruktionen problematisch sind. Durch die verbesserte Dämpfung werden Störeinflüsse benachbarter Einspritzelemente weitgehend ausgeschlossen, so dass sich ein weiterer positiver Aspekt für das Betriebsverhalten der gesamten Brennkraftmaschine ergibt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer Brennkraftmaschine mit einem Mischrohr

Fig. 2 die Anordnung eines Mischrohres in der Brennkraftmaschine im Querschnitt

In Fig. 1 ist eine Vierzylinder-Reihen-Brennkraftmaschine dargestellt, die in an sich bekannter Weise aus einem Zylinderkurbelgehäuse 1 und einem Zylinderkopf 2 zusammengefügt ist und beispielsweise für jeden Zylinder I bis IV ein separates Pumpe- Düse-Element 3 aufweist. Die gezeigte Brennkraftmaschine wird im Fahrzeug längseingebaut. Für den Transport des Kraftstoffes sind im Bereich des Zylinderkopfes 2 eine Kraftstoffvorförderpumpe (Tandempumpe) 4, eine kraftstoffführende und in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Ausnehmung 5 für den Kraftstoffvorlauf, in der ein Mischrohr 6 angeordnet ist sowie ein Kraftstoffrücklauf 7 vorgesehen. Das Mischrohr 6 ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mittels Stützen 61 in der Ausnehmung 5 abgestützt. Das Mischrohr 6 weist weiterhin einen zentralen Zulaufkanal 62 für den Kraftstoff auf. Der Zulaufkanal 62 ist über Abströmöffnungen 63 mit einem Hohlraum 8 verbunden. Dieser Hohlraum 8 wird durch die geometrische Kontur des Mischrohres 6 gebildet und befindet sich koaxial zwischen Mischrohr 6 und Ausnehmung 5. Der Hohlraum 8 steht mit den Pumpe-Düse-Elementen 3 in Wirkverbindung, wobei diese Verbindungen in der Zeichnung nicht näher dargestellt ist.

Das Mischrohr 6 besteht zumindest teilweise aus einem flexiblen Werkstoff. Hierfür können verschiedene Materialien verwendet werden, bevorzugt wird ein Elastomer. Die konkrete Ausgestaltung des Mischrohres 6 sollte für den jeweiligen Anwendungsfall spezifiziert werden. So wird das Mischrohr 6 vorzugsweise vollständig aus einem flexiblen Werkstoff bestehen. Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Mischrohr 6 in seiner axialen Erstreckung jeweils abwechselnd Abschnitte aus einem flexiblen Werkstoff und aus einem starren Werkstoff aufweist. Somit kann eine gute Stabilität bei. gleichzeitig guter "Biegbarkeit" erreicht werden. Weiterhin kann der rohrförmige Grundkörper des Mischrohres 6, in dem der zentrale Zulaufkanal 62 ausgestaltet ist, aus einem flexiblen Werkstoff bestehen, während für die Stützen 61 ein starrer Werkstoff verwendet wird. Dadurch können die Stützen 61 schmal (z. B. punktförmig) gehalten werden, so dass trotz großer Hohlräume 8 eine wirksame Abstützung des Mischrohres 6 in der Ausnehmung 5 gewährleistet ist.

Sofern eine Demontage des Mischrohres 6 erforderlich ist, muss lediglich die Kraftstoffvorförderpumpe 4 demontiert werden: Nachfolgend ist das Mischrohr 6 bereits zugänglich. Obwohl zwischen dem Zylinderkopf 2 und der Spritzwand 9 der Fahrzeugkarosserie nur wenig freier Bauraum verfügbar ist, kann das Mischrohr 6 infolge seiner Flexibilität aus der Ausnehmung 5 herausgezogen und vor der Spritzwand 9 gebogen werden. Auch die erneute Montage ist mit geringem Aufwand möglich. Hierbei wird das Mischrohr 6 soweit in die Ausnehmung 5 geschoben, bis es am entgegengesetzten Ende des Zylinderkopfes 2 anliegt. An dieser Stelle wird es z. B. mit einer eingestemmten Kugel 10 lagefixiert. Nachfolgend wird noch die Kraft­ stoffvorförderpumpe 4 montiert und die Brennkraftmaschine ist wieder betriebsbereit.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Zylinderkurbelgehäuse

2

Zylinderkopf

3

Pumpe-Düse-Element

4

Kraftstoffvorförderpumpe

5

Ausnehmung für Kraftstoffvorlauf

6

Mischrohr

61

Stützen

62

zentraler Zulaufkanal

63

Abströmöffnungen

7

Kraftstoffrücklauf

8

Hohlraum

9

Spritzwand

10

Kugel
I erster Zylinder
II zweiter Zylinder
III dritter Zylinder
IV vierter Zylinder

Claims (5)

1. Einrichtung zur Verteilung von Kraftstoff für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine im Fahrzeug längseingebaute Brennkraftmaschine mit Pumpe-Düse-Elementen, die im Zylinderkopf eine kraftstoffführende und in Längsrichtung der Brennkraftmaschine verlaufende Ausnehmung aufweist, in der ein Mischrohr angeordnet wird, das mittels Stützen in dieser Ausnehmung gelagert ist und einen zentralen Zulaufkanal für den Kraftstoff aufweist, der über Abströmöffnungen mit einem koaxial zwischen dem Mischrohr und der Ausnehmung liegenden Hohlraum verbunden ist, wobei der Hohlraum mit den Einspritzelementen in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (6) zumindest teilweise aus einem flexiblen Werkstoff besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (6) vollständig aus einem flexiblen Werkstoff besteht.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (6) in seiner axialen Erstreckung jeweils abwechselnd Abschnitte aus einem flexiblen Werkstoff und aus einem starren Werkstoff aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Grundkörper mit dem zentralen Zulaufkanal (62) des Mischrohres (6) aus einem flexiblen Werkstoff besteht, während die Stützen (61) aus einem starren Werkstoff bestehen.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Werkstoff ein Elastomer ist.