DE102007054954A1

DE102007054954A1 - Luftgekühlte Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007054954A1
Application number: DE102007054954A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Haas; Karl Lutter; Heinz-Georg FÖRST
Original assignee: Deutz AG
Current assignee: Deutz AG
Priority date: 2007-11-17
Filing date: 2007-11-17
Publication date: 2009-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem mittels eines integrierten Kühlluftgebläses über einen sich seitlich entlang der Brennkraftmaschine erstreckenden Kühlluftraum luftgekühlten Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraums abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist. Erfindungsgemäß wird das Einspritzsystem einer zumindest teilweise luftgekühlten Brennkraftmaschine hinsichtlich der grundsätzlichen Ausgestaltung und insbesondere einer Kühlung optimiert. Dies wird dadurch erreicht, dass das Einspritzsystem ein auf der Kühlgebläselängsseite der Brennkraftmaschine angeordnetes Common-Rail-System ist und dass das mit dem zumindest einen Einspritzventil über eine Hochdruckleitung verbundene Rail in den Kühlluftraum eingesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem mittels eines integrierten Kühlluftgebläses über einen sich seitlich entlang der Brennkraftmaschine erstreckenden Kühlluftraum luftgekühlten Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist.
Eine derartige Brennkraftmaschine ist aus der DE 10 2004 060 841 A1 bekannt. Diese Brennkraftmaschine weist ein konventionelles Einspritzsystem mit einer Reiheneinspritzpumpe auf, die auf der Kühlgebläselängsseite der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Auf der gegenüberliegenden Längsseite sind eine Abgassammelleitung und eine Frischgasleitung angeordnet, die über eine Abgasrückführleitung und ein Regelventil miteinander verbunden sind. Die Abgasrückführleitung weist Kühlrippen auf, die von der auf dieser Brennkraftmaschinenlängsseite austretenden Kühlluft umströmt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Einspritzsystem einer zumindest teilweise luftgekühlten Brennkraftmaschine hinsichtlich der grundsätzlichen Ausgestaltung und insbesondere einer Kühlung zu optimieren.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Einspritzsystem ein auf der Kühlgebläselängsseite der Brennkraftmaschine angeordnetes Common- Rail-System ist und dass das mit dem zumindest einen Einspritzventil über eine Hochdruckleitung verbundene Rail in den Kühlluftraum eingesetzt ist. Zunächst einmal ist bei einer zumindest teilweise luftgekühlten Brennkraftmaschine ein als Common-Rail-System ausgebildetes Einspritzsystem sinnvoll einsetzbar, um gestiegene Anforderungen hinsichtlich der von der Brennkraftmaschine abzugebenden Ausgangsleistung und der Verringerung der Abgasemissionen zu erfüllen. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Rail des Common-Rail-Systems in den Kühlluftraum der zumindest teilweise luftgekühlten Brennkraftmaschine einzusetzen. Dabei kann das Rail mit zusätzlichen Kühlrippen, die auch nachträglich angebracht werden können, versehen sein, um eine besonders effiziente Kühlung des in dem Rail befindlichen Kraftstoffs zu erreichen. Somit wird quasi ohne Mehraufwand oder mit nur geringem Mehraufwand (Kühlrippen) eine effiziente Kühlung des Kraftstoffs erreicht, die bei normalen flüssigkeitsgekühlten Brennkraftmaschinen nicht oder nur durch den aufwendigen Einbau eines Kraftstoffkühlers erreicht werden. Die Kühlung des Kraftstoffs wirkt sich vorteilhaft auf das Betriebs- und Abgasverhalten der Brennkraftmaschine aus.
In Weiterbildung der Erfindung weist die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Systems ein Gehäuse auf, das im Bereich unterhalb des Kühlluftgehäuses an der der Schwungradseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegenden riemenseitigen Längsseite angeordnet ist und in das zwei Hochdruckpumpenelemente eingesetzt sind, deren Hochdruckauslässe in das Kühlluftgehäuse hineinragen. Gegebenenfalls kann das Gehäuse auch so ausgebildet sein, dass es nur ein Hochdruckpumpenelement aufnimmt, falls nämlich die Förderleistung eines Hochdruckpumpenelementes zur Befüllung des Rails ausreicht. Dabei ist das Gehäuse an der gleichen Stelle der Brennkraftmaschine angeordnet, an der auch eine herkömmliche Reiheneinspritzpumpe angebracht worden ist. Im Gegensatz zu einer Reiheneinspritzpumpe kann das die beiden Hochdruckpumpenelemente aufnehmende Gehäuse aber enger an das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine angeschmiegt sein, wobei die Hochdruckauslässe der Hochdruckpumpen direkt in das Kühlluftgehäuse hineinragen. Diese Hochdruckpumpenaus lasse sind über kurze Hochdruckleitungen mit dem in dem Kühlluftgehäuse angeordneten Rail verbunden. Dadurch ist der Bereich des Einspritzsystems direkt ausgangsseitig aus den Hochdruckauslässen insgesamt von der Kühlluft der Brennkraftmaschine umströmt, wobei aber durch die angegebene Anordnung an dem Kühlluftstrom nur ein vernachlässigbarer Strömungswiderstand durch zusätzliche Komponenten des Rail-Systems verursacht wird.
In weiterer Ausgestaltung ist ein die in das Rail geförderte Kraftstoffmenge bestimmendes Regelventil an das Gehäuse adaptiert. Dieses Regelventil regelt bevorzugt den den Hochdruckpumpenelementen zugeführten Kraftstoffstrom beispielsweise durch entsprechende Drosselung in Abhängigkeit des in dem Rail herrschenden Drucks. Dieses Regelventil ist beispielsweise stirnseitig gegenüberliegend zu der Antriebsseite an das Gehäuse angebaut, so dass die Hochdruckpumpe beziehungsweise das Einspritzsystem bis auf die Tatsache, dass die Hochdruckauslässe direkt in das Kühlluftgehäuse hineinweisen, nicht von einem konventionellen Einspritzsystem zu unterscheiden ist. Dies ist insbesondere deshalb der Fall, weil die weiteren Komponenten des Common-Rail-Systems von außen nicht sichtbar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine von dem zumindest einen Einspritzventil abgehende Leckölleitung durch das Kühlluftgehäuse geführt. Diese Leckölleitung ist gegebenenfalls über ein Überdruckventil mit dem Rail und dem Regelventil (gegebenenfalls auch der Hochdruckpumpe) verschaltet und leitet den abgeführten Kraftstoff vorzugsweise zurück in den Kraftstoffvorratsbehälter. Durch die angegebene Anordnung ist der zurückgeführte Kraftstoff nicht oder nur gering gegenüber dem aus dem Kraftstoffvorratsbehälter entnommenen Kraftstoff erwärmt. Insgesamt ist im Übrigen die für die zusätzliche Kühlung des Kraftstoffsystems aufzubringende Kühlleistung des Kühlluftgebläses gering im Vergleich zu der Kühlleistung, die für die Kühlung der sonstigen von dem Kühlluftgebläse mit Kühlluft zu versorgenden Komponenten der Brennkraftmaschine zu erbringen ist. In Weiterbildung der Erfindung ist eine Abgasrückführung vorgesehen und eine Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführkühler und einem Ab gasrückführregelventil auf der Kühlluftgehäuseseite der Brennkraftmaschine angeordnet. Dadurch, dass diese Komponenten ebenfalls auf der Kühlluftgehäuseseite angeordnet sind, ist eine besonders effiziente Kühlung des zurückgeführten Abgases möglich, was insbesondere wieder hinsichtlich geringer Abgasemissionen vorteilhaft ist. Dabei ist die Abgasrückführung über in den bevorzugt als Einzelköpfen ausgebildeten Zylinderköpfen angeordneten Kanäle mit den Gaswechselventilkanälen verbunden. Die Abgassammelleitung und die Frischgasleitung sind dabei auf der zu dem Kühlluftgehäuse gegenüberliegenden Längsseite der Brennkraftmaschine angeordnet. Dadurch, dass nur die zurückgeführte Abgasmenge zur Kühlung durch das Kühlluftgehäuse geleitet ist, ist auch hier die Mehrbelastung für das Kühlluftgebläse nur gering und erfordert im Regelfall keine neue Auslegung des Kühlluftgebläses.
In weiterer Ausgestaltung ist insbesondere der Abgasrückführkühler in die Kühlluftgebläseaußenwand integriert, während die weiteren Abgasrückführleitungen sowie das Abgasrückführregelventil in das Kühlluftgehäuse unterhalb des Rails angeordnet sind. Diese Ausgestaltung sieht folglich vor, dass die zur Kühlung des Abgasrückführkühlers benötigte Kühlluftmenge direkt von der Brennkraftmaschine weggeführt wird und das Kühllufttemperaturniveau in dem Kühlluftgehäuse nicht oder nur unwesentlich beeinflusst. Die Anordnung der weiteren Komponenten der Abgasrückführung unterhalb des Rails, also im Bereich unterhalb der Zylinderköpfe, gewährleistet, dass der Kühlluftstrom, der den Zylinderköpfen und den Zylindern im Bereich der Arbeitsräume zugeführt wird, nicht oder nur unwesentlich beeinflusst wird.
In weiterer Ausgestaltung ist ein Ladeluftkühler auf der zu dem Kühlluftgebläse gegenüberliegenden Längsseite der Brennkraftmaschine im Bereich des Zylinderkopfes angeordnet. Dabei ist der gesamte Bereich von den Hochdruckauslässen der Hochdruckpumpe bis zu dem Ladeluftkühler von dem Kühlluftgehäuse abgedeckt, so dass sich eine glattflächige Außenkontur der Brennkraftmaschine ergibt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Zylinder flüssigkeitsgekühlt sein. Dazu wird beispielsweise um entsprechend ohne Kühlrippen ausgebildete Zylinderrohre ein Kühlmantel angeordnet, der wassergekühlt oder ölgekühlt sein kann. Dieser Mantel kann außen liegende Rippen aufweisen, die eine zusätzliche Wärmeabfuhr durch die vorbeiströmende Kühlluft gewährleisten.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der Zeichnungsbeschreibung zu entnehmen, in der ein in den Figuren dargestelltes Ausführungsbeispiel näher beschrieben ist.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Seitenansicht der Brennkraftmaschine mit geschlossenem Kühlluftgehäuse und
2 eine perspektivische Ansicht der Brennkraftmaschine mit geöffnetem Kühlluftgehäuse.
Die Brennkraftmaschine ist eine 4-zylindrige luftgekühlte selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Common-Rail-Einspritzsystem. Die Brennkraftmaschine weist ein Kurbelgehäuse 1 auf, auf das die Zylinder in Form von vier luftgekühlten Zylinderrohren 2 (2) aufgesetzt sind. Die Zylinderrohre 2 sind wiederum von luftgekühlten Zylinderköpfen 3 abgedeckt. In dem Kurbelgehäuse 1 ist in üblicher Art und Weise eine Kurbelwelle drehbar gelagert, an der vier jeweils einen Kolben tragende Pleuel angelenkt sind, wobei die Kolben in den Zylinderrohren 2 auf und ab bewegbar sind. Den von den Kolben in den Zylinderrohren 2 bzw. Zylinderköpfen 3 gebildeten Arbeitsräumen wird von dem Common-Rail-Einspritzsystem nach Vorgabe einer elektronischen Steuereinrichtung Kraftstoff zugeführt.
Die Brennkraftmaschine weist wiederum ausweislich der 1 ein integriertes Kühlluftgebläse 4 auf, das von einem stirnseitigen Riementrieb von einem auf der Kurbelwelle befestigten Mehrfach-Riemenrad angetrieben wird. Von diesem Mehrfach-Riemenrad wird über einen weiteren Riemen weiterhin ein Generator 5 angetrieben. Das Kühlluftgebläse 4 saugt die Kühlluft aus der Umgebung an und fördert diese in ein Kühlluftgehäuse 6, das sich entlang der Zylinderreihe der Brennkraftmaschine erstreckt. In dem Kühlluftgehäuse 6 wird der Hauptanteil der Kühlluft entlang der Zylinderrohre 2 und der Zylinderköpfe 3 auf die gegenüberliegende Längsseite der Brennkraftmaschine geleitet und tritt dort in die Umgebung aus. Dabei wird ein Teilstrom der Kühlluft durch einen Ladeluftkühler 7 gefördert. Eine vordere Kühlluftgehäuseaußenwand 8 ist von dem Kühlluftgehäuse 6 abnehmbar und weist darüber hinaus eine Öffnung auf, in die ein Abgasrückführkühler 10 eingesetzt ist. Ein weiterer Teilstrom des von dem Kühlluftgebläse 4 geförderten Kühlluftstroms wird durch den Abgasrückführkühler 10 geleitet und tritt nach dessen Durchströmung in die Umgebung aus. Dieser Kühlluftstrom beeinflusst folglich die weitere Kühlung der Brennkraftmaschine in keiner Weise.
Der Abgasrückführkühler 10 weist im Übrigen zwei Anschlussstutzen auf, mit denen er an entsprechenden Verteilleitungen befestigt ist. Diese Verteilleitungen sind über Bohrungen in den Zylinderköpfen mit entsprechenden Gaswechselkanälen, die in den einzelnen Zylinderköpfen 3 eingelassen sind, strömungsverbunden. Der eigentliche Abgasrückführkühler ist für einen besseren Wärmeübergang bzw. eine bessere Wärmeabfuhr zweiflutig ausgebildet, das heißt, die Befestigungsstutzen münden in zwei nebeneinander liegende Rohre, die über Kühlrippen verbunden sind. Der Querschnitt dieser nebeneinander liegenden Rohre entspricht in Summe dem Querschnitt der Anschlussstutzen. Wie den Fig. zu entnehmen ist, sind die Rohre mehrfach gebogen, um einen kompakten Aufbau des Abgasrückführkühlers 10 zu erreichen. Weiterhin ist der Abgasrückführkühler 10 etwa in Höhe der mittleren Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet. Auf der Gebläseseite darunter liegend sind zwei Hochdruckpumpenelemente 11a, 11b in ein Gehäuse 12 eingesetzt, das im Bereich unterhalb des Kühlluftgehäuses 6 angeordnet ist und über Zahnräder in einem vorderen Räderkasten von der Kurbelwelle angetrieben wird. Die Hochdruckauslässe 13a, 13b liegen bei montierter Kühlluftgehäuseaußenwand 8 innerhalb des Kühl luftgehäuses 6 und sind über zwei Hochdruckleitungen 14a, 14b mit dem Rail 15 des Common-Rail-Einspritzsystems verbunden. Das Rail 15 ist im Bereich der Zylinderköpfe 3 montiert und mit in den Zylinderköpfen 3 eingesetzten Einspritzventilen über Hochdruckeinspritzleitungen 17 verbunden. Die Einspritzventile 16 weisen einen Leckölaustrittsanschluss auf, der über Leckölleitungen mit einem Überdruckanschluss, der an dem Rail 15 angeschlossen ist, verbunden ist. Weitergeleitet wird der Leckkraftstoff über eine Leckkraftstoffleitung 18 zu einem Regelventil 19, das stirnseitig an das Gehäuse 12 angeflanscht ist und die den beiden Hochdruckpumpenelementen 11a, 11b zugeführte Kraftstoffmenge einstellt. Von dem Regelventil 19 führt dann eine Leckkraftstoffrückführleitung zurück zu dem Kraftstoffbehälter, der brennkraftmaschinenfern angebracht ist. Der dem Regelventil 19 zugeführte Kraftstoff wird im Übrigen über ein unmittelbar vor dem Regelventil 19 angeordneten Kraftstofffilter gereinigt. Neben dem Kraftstofffilter 20 ist im Übrigen ein Schmierölfilter 21 angeordnet.
Wie insbesondere der 1 zu entnehmen ist, sind die wesentlichen Komponenten des Common-Rail-Systems innerhalb des Kühlluftgehäuses 6 angeordnet, bei Abnahme der Kühlluftgehäuseaußenwand 8 aber problemlos zugänglich. Die Anordnung der Komponenten in dem Kühlluftgehäuse 6 hat den Vorteil, dass der geförderte Kraftstoff gekühlt wird und darüber hinaus die ganzen Komponenten schmutzunempfindlich und sicher vor Beschädigung in einem Gehäuse untergebracht sind.

1: Kurbelgehäuse
2: Zylinderrohr
3: Zylinderkopf
4: Kühlluftgebläse
5: Generator
6: Kühlluftgehäuse
7: Ladeluftkühler
8: Kühlluftgehäuseaußenwand
9: Öffnung
10: Abgasrückführkühler
11a, 11b: Hochdruckpumpenelemente
12: Gehäuse
13a, 13b: Hochdruckauslässe
14a, 14b: Hochdruckleitungen
15: Rail
16: Einspritzventil
17: Hochdruckeinspritzleitung
18: Leckkraftstoffleitung
19: Regelventil
20: Kraftstofffilter
21: Schmierölfilter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004060841 A1 [0002]

Claims

Selbstzündende Brennkraftmaschine mit einem Kurbelgehäuse, in dem eine Kurbelwelle drehbar gelagert ist, an der zumindest ein einen Kolben tragendes Pleuel angelenkt ist, wobei der Kolben in einem von einem mittels eines integrierten Kühlluftgebläses über einen sich seitlich entlang der Brennkraftmaschine erstreckenden Kühlluftraum luftgekühlten Zylinderkopf unter Bildung eines Arbeitsraum abgedeckten Zylinder bewegbar ist, wobei in den Zylinderkopf mit dem Arbeitsraum kommunizierende Gaswechseleinrichtungen eingesetzt sind und in den Arbeitsraum über ein Einspritzventil eines Einspritzsystems Kraftstoff zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzsystem ein auf der Kühlgebläselängsseite der Brennkraftmaschine angeordnetes Common-Rail-System ist und dass das mit dem zumindest einen Einspritzventil (16) über eine Hochdruckleitung (14a, 14b) verbundene Rail (15) in den Kühlluftraum eingesetzt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Systems ein Gehäuse (12) aufweist, das im Bereich unterhalb des Kühlluftgehäuses (6) an der der Schwungradseite der Brennkraftmaschine gegenüberliegenden riemenseitigen Längsseite angeordnet ist und dass in das Gehäuse (12) zwei Hochdruckpumpenelemente (11a, 11b) eingesetzt sind, deren Hochdruckauslässe (13a, 13b) in das Kühlluftgehäuse (6) hineinragen.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die in das Rail (15) geförderte Kraftstoffmenge bestimmendes Regelventil (19) an das Gehäuse (12) adaptiert ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine von dem zumindest einen Einspritzventil (16) abgehende Leckölleitung durch das Kühlluftgehäuse (6) geführt ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasrückführung vorgesehen ist und eine Abgasrückführleitung mit einem Abgasrückführkühler (10) und einem Abgasrückführregelventil auf der Kühlluftgehäuseseite angeordnet sind.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasrückführkühler (10) in die Kühlluftgehäuseaußenwand (8) integriert ist und die weiteren Abgasrückführleitungen sowie das Abgasrückführregelventil in das Kühlluftgehäuse (6) unterhalb des Rails (15) angeordnet sind.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ladeluftkühler (7) auf der zu dem Kühlluftgebläse (4) gegenüberliegenden Längsseite der Brennkraftmaschine im Bereich des Zylinderkopfs (3) angeordnet ist.
Selbstzündende Brennkraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinder flüssigkeitsgekühlt sind.