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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft Mehrzylinder-Verbrennungsmotoren
mit einem Hochdruck-Common-Rail-Kraftstoffsystem.
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2. Stand der Technik
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Hochdruck-Common-Rail-Kraftstoffsysteme enthalten
in der Regel eine Hochdruckkraftstoffpumpe, die einer einer Gruppe
von Zylindern zugeordneten Kraftstoff-Verteilerleitung Kraftstoff
zuführt. Der Hauptzweck der Kraftstoff-Verteilerleitung
besteht darin, ausreichend Kraftstoff auf dem erforderlichen Druck
zur Einspritzung beizubehalten, während Kraftstoff an die
Einspritzventile verteilt wird, die alle Kraftstoff in der Common-Rail
teilen. Das Rail-Volumen wirkt als Speicher in dem Kraftstoffsystem
und dämpft Druckschwankungen von der Pumpe und Kraftstoffeinspritzzyklen,
um Druck an der Kraftstoffeinspritzdüse nahezu konstant
zu halten.
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Kraftstoffsystemausführungen
können ziemlich komplex sein und hängen von den
verschiedensten Erwägungen ab, darunter Verbindungen mit
oder Anschlüsse an der Kraftstoffpumpe und den Einspritzventilen,
Verbindungsstellen für den Drucksensor und -regler und
geeignete Dimensionierung, um als Speicher zu dienen. Bei Motoren
in ”V”-Konfiguration ist die Hochdruckkraftstoffpumpe
oftmals sowohl mit der linken als auch mit der rechten Common-Rail verbunden,
wobei jede Kraftstoff-Verteilerleitung einer entsprechenden Zylinderreihe
zugeordnet ist. Ein Drucksensor und ein Druck- oder Volumensteuerventil
werden zur Regelung mit geschlossenem Regelkreis des Verteilerleitungsdrucks
als Reaktion auf Befehle von einer Motor- oder Fahrzeugsteuerung
verwendet.
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Wenn
die Kraftstoffeinspritzventile zum Einspritzen von Kraftstoff in
den Zylinder betätigt werden, bewegt sich eine Druckwelle
von dem Einspritzventileinlass durch die Hochdruckleitungen oder -rohre
zu der zugeordneten Kraftstoff-Verteilerleitung zurück.
Diese Druckwelle kann die Druckregelung sowie die Genauigkeit der
Menge des bei einer anschließenden Einspritzung für
den gleichen Zylinder bei mehreren Einspritzungen pro Verbrennungstakt und/oder
für anschließende Zylinder in der Zündfolge zugeführten
Kraftstoffs negativ beeinflussen. Änderungen der Kraftstoffeinspritzmenge
und/oder der Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung erschweren das
Erreichen gewünschter Emissionen und Leistungsziele. Die
hohe Genauigkeit und geringe Toleranzen bei der Einspritzmenge können
ein angemessenes Volumen in dem Kraftstoffsystem zur Verringerung
von Druckimpulsen von der Hochdruckkraftstoffpumpe erfordern.
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Des
Weiteren sind Packaging-Anforderungen immer wichtiger geworden,
da Komponenten für eine erhöhte Leistung, Zuverlässigkeit,
Langlebigkeit und Kraftstoffökonomie bei Reduzierung der
Emissionen über die Lebensdauer des Motors hinzugefügt und/oder
dimensioniert werden. Insbesondere für Dieselmotoren mit
V-Konfiguration, die ein Common-Rail-System besitzen, stellen mehrere
Verteilerleitungen, Kraftstoffleitungen und Verbindungen eine Herausforderung
an Robustheit gegen Lecks bei Beibehaltung der Herstellbarkeit dar.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein
Verbrennungsmotor enthält ein Kraftstoffsystem, das eine
erste Kraftstoff-Verteilerleitung mit einem integrierten Umleiterteil
aufweist, der mit einer Hochdruckpumpe gekoppelt und durch eine Durchflussbegrenzungsvorrichtung
von einem Common-Rail-Teil getrennt ist. Die erste Kraftstoff-Verteilerleitung
enthält einen Drucksensor, der mit dem Umleiterteil an
einem Ende gekoppelt ist, und ein Steuerventil, das am anderen Ende
der gleichen Kraftstoff-Verteilerleitung mit dem Common-Rail-Teil gekoppelt
ist. Bei einer V-Motor-Ausführungsform steht eine zweite
Kraftstoff-Verteilerleitung mit dem integrierten Umleiterteil der
ersten Kraftstoff-Verteilerleitung in Verbindung. Bei einer Ausführungsform sind
Komponenten, die die erste und die zweite Kraftstoff-Verteilerleitung,
einen Drucksensor und ein Druck- oder Volumensteuerventil enthalten,
extern außerhalb des Motorventildeckels angebracht.
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Es
sind mehrere Vorteile mit einem Motor gemäß der
vorliegenden Offenbarung verbunden. Zum Beispiel kann bei V-Motor-Ausführungsformen
das Packaging von Motorkomponenten durch Verwendung einer Verteilerleitung
auf einer Seite oder Reihe des ”V” optimiert werden,
die einen integralen Umleiter aufweist, der in dem Verteilerleitungsvolumen
enthalten ist, und die bestehenden Gewindeenden zur Befestigung
eines Druck-(oder Volumen-)Steuerventils und Drucksensors an einer
einzigen Verteilerleitung verwendet. Durch Befestigen des Steuerventils (Druck
oder Volumen) und des Verteilerleitungsdrucksensors an der Umleiter-/Common-Rail-Kombination
wird die Anzahl von Kraftstoffleitungen (Hoch- und Niederdruck),
Anzahl von Verbindungen und die Kraftstoffleitungslänge
des Systems reduziert. Des Weiteren reduzieren Kraftstoffsysteme
gemäß der vorliegenden Offenbarung die Anzahl
von Kraftstoffleitungen, die sich an heißen Motorkomponenten
vorbei erstrecken, und stellen für Motorkonstrukteure eine
größere Flexibilität beim Packaging von
Komponenten auf beiden Seiten des V-Motors durch Verringerung des
von der anderen (nicht umleitenden) Kraftstoff-Verteilerleitung
erforderten Raums bereit.
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Des
Weiteren verringern verschiedene Ausführungsformen der
vorliegenden Offenbarung die Herstellungskomplexität durch
Verringerung der Anzahl von Kraftstoffleitungen und Verbindungen
im Motor und Kraftstoffsystem. Darüber hinaus verringern
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Anzahl
von Komponentenschnittstellen durch Verwendung bestehender Gewindebohrungen an
der Kraftstoff-Verteilerleitung mit integriertem Umleiter als eine
Montagestelle sowohl für das Druck-/Volumensteuerventil
als auch für den Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksenor.
Durch Integration und koaxiale Ausrichtung des Umleiterteils und
Common-Rail-Teils der Kraftstoff-Verteilerleitung werden Herstellungskomplexität
und Bearbeitungsvorgänge weiter reduziert. Durch Verringerung
der Anzahl von Kraftstoffleitungen und Verbindungen wird auch die Gelegenheit
für Leckagen reduziert.
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Die
obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale, die mit der vorliegenden
Offenbarung verbunden sind, gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen leicht hervor.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht eines Motors, in der einige obere Komponenten entfernt
sind, um ein Kraftstoffsystem gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung dazustellen;
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2 ist
ein Motorkraftstoffsystem mit einer Kraftstoff-Verteilerleitung
mit integriertem Umleiter für eine V-Motor-Ausführungsform;
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3 ist
eine Seitenansicht, die eine externe (Trocken-)Montage von Kraftstoffsystemkomponenten
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung
darstellt;
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4 ist
ein Schema, das Kraftstoffsystemverbindungen gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
und
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5 ist
ein Schaubild, das Hochdruckkraftstoffleitungsdruckpulsationen darstellt,
die mit einem Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden
Offenbarung verbunden sind.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Für
den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass verschiedene
Merkmale, die unter Bezugnahme auf irgendeine der Figuren dargestellt
und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können,
die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um.
Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich
dargestellt oder beschrieben werden. Die Kombinationen von dargestellten
Merkmalen stellen Ausführungsbeispiele für typische
Anwendungen bereit. Es können jedoch verschiedene Kombinationen
und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen,
für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht
sein.
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Nunmehr
auf die 1–4 Bezug
nehmend, wird ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 mit
einem Common-Rail-Kraftstoffsystem 20 gemäß der
vorliegenden Offenbarung gezeigt. Bei der dargestellten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Motor 10 um einen Mehrzylinder-Dieselmotor
mit Selbstzündung mit einer ersten Reihe von vier Zylindern 12 und
einer zweiten Reihe von vier Zylindern 14, die in einer
90-Grad-”V”-Konfiguration angeordnet sind. Für
den Durchschnittsfachmann ist offensichtlich, dass die Lehren der
vorliegenden Offenbarung von dem bestimmten Kraftstoff, der bestimmten
Motorkonfiguration oder Verbrennungstechnologie allgemein unabhängig
sind und in den verschiedensten anderen Anwendungen mit zum Beispiel
anderem Kraftstoff, anderer Anzahl von Zylindern und/oder anderen
Zylinderkonfigurationen verwendet werden können.
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Das
Kraftstoffsystem 20 enthält eine erste Kraftstoff-Verteilerleitung 22,
die der ersten Zylinderreihe 12 zugeordnet ist, und eine
zweite Kraftstoff-Verteilerleitung 24, die der zweiten
Zylinderreihe 14 zugeordnet ist. Wie hier ausführlicher
dargestellt und beschrieben ist, enthält die erste Kraftstoff-Verteilerleitung 22 einen
integrierten Umleiterteil 28, der mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe 26 gekoppelt
ist, die zwischen den Zylinderreihen 12, 14 in
der Nähe des vorderen Endes des Motors, wenn dieser in Längsrichtung
in einem Fahrzeug installiert ist, in dem Tal 16 (am besten
in 4 dargestellt) angebracht ist. Das Anbringen der
Kraftstoffpumpe 26 in dem Tal 16 zu dem vorderen
Ende des Motors hin allgemein vor dem Abgaskrümmer bietet
Vorteile beim Wärmemanagement, während das Kraftstoffsystem 20 bei
einem Fahrzeugzusammenstoß geschützt wird.
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Die
erste Kraftstoff-Verteilerleitung 22 enthält einen
Common-Rail-Teil 30, der koaxial auf den Umleiterteil 28 ausgerichtet
und durch eine innere Durchflussbegrenzungsvorrichtung 32,
die bei einer Ausführungsform durch eine Drossel oder eine
feste Öffnung implementiert wird, davon getrennt ist. Die Kraftstoff-Verteilerleitungen 22, 24 sind
allgemein zylindrisch und können zum Beispiel eine geschmiedete
und/oder geschweißte Konstruktion sein. Bei einer Ausführungsform
ist die Kraftstoff-Verteilerleitung 22 aus einem warm geschmiedeten
Rohling mit einem in Längsrichtung durch den Umleiterteil 28 und
Common-Rail-Teil gebohrten Loch zur Bereitstellung eines gewünschten
Kraftstoffspeichervolumens hergestellt. Es sind sich schneidende
Löcher gebohrt worden, um Kanäle für
verschiedene Pumpenförderungs-, Kraftstoffeinspritzventil-,
Verbindungs- und Kraftstoffrückführleitungsverbindungen
bereitzustellen. Die Durchflussbegrenzungsvorrichtung 32 kann integral
in der Kraftstoff-Verteilerleitung 22 ausgebildet oder
während der Montage eingesetzt werden. Die Durchflussbegrenzungsvorrichtung 32 verringert die
Wirkung von Druckpulsationen in dem Kraftstoffsystem 20,
insbesondere in den Verteilerleitungen 22, 24.
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Die
erste Kraftstoff-Verteilerleitung 22 enthält einen
Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksensor 40, der mit einem
Ende des Umleiterteils 28gekoppelt ist, und ein Steuerventil 42,
das mit einem Ende des Common-Rail-Teils 30 gekoppelt ist.
Bei einer Ausführungsform weist der Drucksensor 40 einen
Sensorbereich von ca. 0–2200 bar bei einem Betriebskraftstoffdruckbereich
zwischen ca. 230 und 2000 bar auf. Der Drucksensor 40 leitet
ein entsprechendes Signal zu einer (nicht gezeigten) Motor- oder
Fahrzeugsteuerung, die zur Regelung des Kraftstoffdrucks in den
Kraftstoff-Verteilerleitungen 22 und 24 verwendet
wird. Der Hauptzweck der Kraftstoff-Verteilerleitungen 22, 24 besteht
darin, ausreichend Kraftstoff auf dem erforderlichen Druck zur Einspritzung
durch mehrere erste Einspritzventile 52, die der ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 zugeordnet
sind, und mehrere zweite Einspritzventile 54, die der zweiten Kraftstoff-Verteilerleitung 24 zugeordnet
sind, zu halten. Da alle Einspritzventile durch die Verteilerleitung verteilten
druckbeaufschlagten Kraftstoff teilen, wird diese Anordnung gemeinhin
als Common-Rail-Kraftstoffsystem bezeichnet. Der Umleiterteil 28 und
der Common-Rail-Teil 30 der Verteilerleitungen 22, 24 stellen
ein Kraftstoffvolumen bereit, das als Speicher in dem Kraftstoffsystem
wirkt und Druckschwankungen von der Hochdruckpumpe 26 und
den Kraftstoffeinspritzzyklen der Kraftstoffeinspritzventile 52, 54 dämpft,
um Druck an der Kraftstoffeinspritzdüse, die allgemein
bei 56 gezeigt wird, nahezu konstant zu halten.
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Bei
der dargestellten Ausführungsform ist das Steuerventil 42 am
Ende des Common-Rail-Teils 30 der ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 angebracht.
Das Steuerventil 42 kann durch eine Drucksteuervorrichtung
oder eine Volumensteuervorrichtung implementiert sein. Bei einer
Ausführungsform handelt es sich bei dem Steuerventil 42 um
einen Druckregler, der Verteilerleitungsdruck in den Kraftstoff-Verteilerleitungen 22, 24 als
Reaktion auf einen Druckbefehl steuert, der von einer Motor-, Fahrzeug- oder
Kraftstoffsystemsteuerung auf Mikroprozessorbasis erhalten wird.
Das Steuerventil 42 steuert Verteilerleitungsdruck mit
der ersten und der zweiten Kraftstoff-Verteilerleitung 22, 24 durch
Steuern oder Ändern der aus dem Common-Rail-Teil 30 durch
den Kraftstoff-Verteilerleitungsrückführkanal 58 austretenden
und zum Kraftstofftank 70 zurückkehrenden Kraftstoffmenge.
Das Steuerventil 42 schließt sich, um Kraftstofffluss
zur Rückführleitung 60 zu verringern
und so Verteilerleitungsdruck zu erhöhen, und öffnet
sich, um Kraftstofffluss zur Rückführleitung 60 zu
verstärken und so Verteilerleitungsdruck zu verringern.
Die Hochdruckpumpe 26 kann auch einen Druckregler oder
ein Drucksteuerventil 62 enthalten, um den Pumpenauslassdruck
zu steuern. Druckbeaufschlagung des Kraftstoffes und unmittelbare
Nähe zu erwärmten Motorkomponenten kann erfordern, dass
der Kraftstoff gekühlt wird, bevor er durch das Kraftstoffsystem
zurückgeführt wird. Somit wird der Hochdruckpumpenrückfluss
durch die Leitung 64 mit Fluss von der Kraftstoff-Verteilerleitungsrückführleitung 60 kombiniert
und durch die Niederdruckleitung 66 durch einen Kraftstoffkühler 68 zu
dem Kraftstofftank 70 zurückgeführt.
Der Kraftstoffkühler 68 ist ein Wärmetauscher
mit einem Niedertemperaturkühlmittelkreislauf 72,
der zum Verringern der Kraftstofftemperatur vor Rückführung
zu dem Kraftstofftank 70 verwendet wird. Nach dem Kombinieren
mit Tankkraftstoff wird der Kraftstoff durch die Niederdruckpumpe 76 durch
einen Grobfilter 74 und einen Feinfilter 78 zur
Hochdruckpumpe 26 gepumpt. Es können ein Hochdruckpumpeneinlassdrucksensor 80 und
ein Temperatursensor 82 vorgesehen sein, um Parameter des
der Hochdruckpumpe 26 zugeführten Kraftstoffs
zu überwachen.
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Die
Hochdruckpumpe 26 kann durch Drehung der Kurbelwelle 100 unter
Verwendung von Zahnrädern, Ketten, Riemen usw. direkt oder
indirekt angetrieben werden, so dass die Pumpendrehzahl direkt proportional
zur Motordrehzahl ist. Deshalb ist die zum Antrieb der Pumpe 26 erforderliche
Energie proportional zu dem Kraftstoff-Verteilerleitungsdruck und
der Pumpendrehzahl. Zur Verbesserung des Pumpenwirkungsgrads kann
die Pumpe 26 fähig sein, ein oder mehrere Pumpelemente
zu sperren, um die Gesamtkraftstoffzufuhr zu verringern und den den
Kraftstoff-Verteilerleitungen 22, 24 zugeführten Kraftstoffüberschuss
zu begrenzen. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält
die Pumpe 26 zwei Hochdruckauslässe 102, 104,
die beide mit dem Umleiterteil 28 der ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 gekoppelt
sind. Die Pumpendrehung wird mit der Kurbelwellendrehung synchronisiert,
so dass der Pumpenhub während eines Einspritzhubs erfolgt,
um die mittlere Druckzuführung zu verbessern und die Kraftstoffmengengenauigkeit
von Einspritzung zu Einspritzung (Schuss zu Schuss) und Einspritzventil zu
Einspritzventil zu verbessern. Der Durchschnittsfachmann erkennt,
dass in Abhängigkeit von der besonderen Dynamik des Kraftstoffsystems
eine andere Anzahl von Hochdruckauslässen verwendet werden
kann. Bei der dargestellten Ausführungsform enthält
die Pumpe 26 zwei Hochdruckauslässe 102, 104 zur
Bereitstellung einer gewünschten Dynamikcharakteristik,
wie unter Bezugnahme auf 5 allgemein dargestellt und
beschrieben.
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Die
Hochdruckpumpe 26 hält Kraftstoffdruck in den
Verteilerleitungen 22, 24 unabhängig
von der Kraftstoffeinspritzmenge, die die Kraftstoffeinspritzventile 52, 54 entsprechenden
Zylindern zuführen, aufrecht. Die Kraftstoffeinspritzventile 52, 54 steuern die
Kraftstoffeinspritzmenge und die Kraftstoffeinspritzzeitpunkteinstellung
als Reaktion auf entsprechende Signale von der Motorsteuerung. Dies
gestattet die unabhängige Steuerung jedes Aspekts der Kraftstoffzufuhr
(Menge, Zeitpunkteinstellung und Druck). Die Kraftstoffeinspritzventile 52, 54 sind
im Allgemeinen entweder piezoelektrisch oder elektromagnetisch betätigte
Einspritzventile. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch von der
besonderen verwendeten Einspritzventiltechnologie abhängig,
wie oben beschrieben. Das Kraftstoffsystem 20 ist zu mehreren
Kraftstoffeinspritzungen oder -schüssen in einen einzigen
Zylinder für einen einzigen Verbrennungstakt zum Erfüllen
gewünschter Leistungs-, Kraftstoffökonomie-, NVH-
und Emissionsziele in der Lage. Bei einer Ausführungsform
können durch die Einspritzventile 52, 54 unter
einigen Betriebsbedingungen sechs oder mehr Einspritzungen vorgesehen werden.
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Wie
am besten in 2 dargestellt, ist jedes der
mehreren ersten Kraftstoffeinspritzventile 52 über eine
entsprechende Hochdruckkraftstoffleitung mit einem entsprechenden
Kraftstoffeinspritzventilkanal 110, 112, 114 und 116,
die in dem Common-Rail-Teil 30 der ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 definiert sind,
gekoppelt. Ebenso ist jedes der mehreren zweiten Kraftstoffeinspritzventile 54 über
eine entsprechende Hochdruckkraftstoffleitung mit einem entsprechenden
Kraftstoffeinspritzventilkanal 120, 122, 124, 126,
die durch die zweite Verteilerleitung 24 definiert sind,
gekoppelt. Die zweite Kraftstoff-Verteilerleitung 24 ist über
die Verbindungsleitung 106 und den Verbindungskanal 130,
die von der Kraftstoff-Verteilerleitung 22 definiert werden,
mit dem Umleiterteil 28 der ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 verbunden.
Bei dieser Ausführungsform sind die Hochdruckauslässe 102, 104 der
Hochdruckpumpe 26 direkt nur mit dem Umleiterteil 28 der
ersten Kraftstoff-Verteilerleitung 22 und nicht mit der
zweiten Kraftstoff-Verteilerleitung 24 verbunden.
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Wie
am besten in 4 dargestellt, kann eine erste
Kraftstoff-Verteilerleitung 22 aus einem allgemein zylindrischen
geschmiedeten Rohling oder Rohr mit einem von Ende zu Ende gebohrten
oder ausgebildeten Längsloch oder -durchgang so hergestellt
werden, dass der Umleiterteil 28 und der Common-Rail-Teil 30 koaxial
ausgerichtet sind. Es werden Löcher gebohrt, um sich überschneidende Durchgänge
zu der Längs- oder Axialbohrung zu schaffen, um die verschiedenen
ersten und zweiten Hochdruckpumpenzufuhrkanäle, den Kraftstoffrückführkanal,
die Einspritzventilkanäle und den Verbindungskanal zu definieren.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind der erste und
der zweite Hochdruckpumpenkanal 132, 134 und der
Verbindungskanal 130 im Umleiterteil 28 positioniert,
wobei sich der Verbindungskanal 130 neben dem zweiten Pumpenkanal 134 befindet.
Der Kraftstoff-Verteilerleitungsrückführkanal 58 ist
neben dem Steuerventil 42 im Common-Rail-Teil 30 positioniert
und die Einspritzventilkanäle 110, 112, 114 und 116 sind
zwischen dem Verbindungskanal 130 und dem Kraftstoff-Verteilerleitungsrückführkanal 58 angeordnet.
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Die
Außenseite jedes Kanals ist mit einem Gewinde versehen,
um die Kopplung eines standardmäßigen Kraftstoffleitungsverbinders,
wie zum Beispiel in der Norm DIN ISO 2974 (SAE
J1949) beschrieben, zu erleichtern. Jeder Kraftstoffeinspritzventilkanal 110, 112, 114, 116 in
der Kraftstoff-Verteilerleitung 22 und jeder Kraftstoffeinspritzventilkanal 120, 122, 124, 126 in
der Kraftstoff-Verteilerleitung 24 können eine
zugehörige Durchflussbegrenzungsvorrichtung enthalten,
die allgemein durch die Bezugszahl 150 dargestellt wird. Ähnlich
der Durchflussbegrenzungsvorrichtung 21 können
die Durchflussbegrenzungsvorrichtungen 150 zum Beispiel
durch einen Stopfen oder eine Drossel mit fester Öffnung
implementiert werden. Die Durchflussbegrenzungsvorrichtung 32 kann
in Abhängigkeit von der besonderen Anwendung und Implementierung
eine andere Vorrichtung und/oder anders bemessen sein als die Durchflussbegrenzungsvorrichtungen 150.
Die inneren Drosseln verringern die Auswirkung von Druckwellen zwischen
Einspritzventilen und Einspritzungen.
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Ein
Verbrennungsmotorkraftstoffsystem 20 gemäß der
vorliegenden Offenbarung stellt insofern eine bessere Packaging-Flexibilität
bereit, als die erste Verteilerleitung 22 neben der Befestigung
des Drucksensors 40 und des Steuerventils 42 den
Umleiterteil 28 integriert. Infolgedessen ist die zweite Verteilerleitung 24 ca.
30% kürzer und erzeugt zusätzlichen Raum für andere
Motorkomponenten. Darüber hinaus wird durch Anbringen der
Kraftstoffpumpe 26 in dem Tal 16 allgemein vor
dem Abgaskrümmer in Kombination mit den Merkmalen der Kraftstoff-Verteilerleitung 22 die
Gesamtlänge der Kraftstoffleitung des Niederdruckkraftstoffsystems sowie
die Anzahl von Kraftstoffleitungen, die den Abgaskrümmer überqueren,
reduziert, wodurch die Erwärmung des Kraftstoffes verringert
wird.
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Wie
am besten in den 3 und 4 dargestellt,
ist das Kraftstoffsystem 20 für Wartungsfreundlichkeit
mit einer ersten und einer zweiten Kraftstoff-Verteilerleitung 22, 24,
einer Hochdruckpumpe 26, einem Drucksensor 40,
einem Drucksteuerventil 42 und Hochdruckkraftstoffleitungen
und Grenzflächen/Verbinder, die außerhalb oder
extern bezüglich jeweiliger Ventildeckel 160, 162 angeordnet
sind, ausgeführt. Ebenso werden die Einspritzventile 52, 54 durch
Klemmen 170 mit einer einzigen sich durch einen zugehörigen
Ventildeckel 160, 162 in den Zylinderkopf erstreckenden
Schraube in Position gehalten, so dass die Einspritzventile leicht
zugänglich sind. Darüber hinaus sind die verschiedenen
Hochdruckkomponenten einwärts des Außenrands des
Motors positioniert, um Aufprallverhaltenszielen zu entsprechen.
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5 ist
ein Schaubild, das beispielhafte Druckpulsationen in einem ein Einspritzventil
mit einem Common-Rail in einem Verbrennungsmotorkraftstoffsystem
verbindenden Hochdruckkraftstoffrohr darstellt. Die Druckwelle 300 bewegt
sich von dem Einspritzventileinlass zurück entlang dem
Hochdruckrohr zu der Kraftstoff-Verteilerleitung und zurück.
Diese Druckwelle beeinflusst die Genauigkeit der zugeführten
Kraftstoffmenge, insbesondere bei mehreren Einspritzungen. Nachdem
die Auswirkung der Druckwelle erkannt worden ist, kann sie durch geeignete
Korrekturen an der Einspritzventilimpulsbreite reduziert oder beseitigt
werden. Im Schaubild von 5 ist die Verweilzeit zwischen
Einspritzungen und zugehörigen Leistungsmerkmalen des Motors,
wenn kein geeigneter Impulsbreitenausgleich eingesetzt wird, aufgezeichnet.
Zum Beispiel ist die Kraftstoffeinspritzungsspitze bei 310 der
besten Kraftstoffökonomie zugeordnet, während 312 der Punkt
für geringste Kohlenwasserstoffemissionen ist. Ebenso entspricht 314 den
geringsten Verbrennungsgeräuschen, die Punkte 316 entsprechen
der geringsten NOx-Erzeugung während der Verbrennung und
der Punkt 318 entspricht der geringsten Raucherzeugung.
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Somit
verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung
die bestehenden Gewindeenden einer Kraftstoff-Verteilerleitung mit
integriertem Umleiter zur Befestigung eines Druck-(oder Volumen-)Steuerventils
und Drucksensors. Durch Befestigung des Steuerventils (Druck oder
Volumen) und Verteilerleitungsdrucksensors an der Umleiter/Common-Rail-Kombination
werden die Anzahl von Kraftstoffleitungen (Hoch- und Niederdruck),
die Anzahl von Verbindungen und die Kraftstoffleitungslänge
des Systems reduziert. Kraftstoffsysteme gemäß der
vorliegenden Offenbarung verringern auch die Anzahl der Kraftstoffleitungen,
die sich an heißen Motorkomponenten vorbei erstrecken,
und bieten Motorkonstrukteuren eine größere Flexibilität
beim Packaging von Komponenten auf beiden Seiten eines V-Motors
durch Verkleinern des von den anderen (nicht umleitenden) Kraftstoff-Verteilerleitung
erforderten Raums.
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Verschiedene
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung reduzieren
des Weiteren die Herstellungskomplexität durch Verringerung
der Anzahl von Kraftstoffleitungen und Verbindungen im Motor und
Kraftstoffsystem. Darüber hinaus verringern Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung die Anzahl von Komponentenschnittstellen durch
Verwendung bestehender Gewindebohrungen an der Kraftstoff-Verteilerleitung
mit integriertem Umleiter als eine Montagestelle sowohl für
das Druck-/Volumensteuerventil als auch für den Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksenor.
Durch Integration und koaxiale Ausrichtung des Umleiterteils und
Common-Rail-Teils der Kraftstoff-Verteilerleitung werden Herstellungskomplexität
und Bearbeitungsvorgänge weiter reduziert. Durch Verringerung
der Anzahl von Kraftstoffleitungen und Verbindungen wird auch die Gelegenheit
für Leckagen reduziert.
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Es
wurden zwar eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung dargestellt und beschrieben, jedoch sollen diese Ausführungsformen
nicht alle möglichen Ausführungsformen der Erfindung
innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche darstellen und
beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten
Ausdrücke der Beschreibung und nicht der Einschränkung,
und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt
werden können, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich
der Offenbarung abzuweichen. Obgleich verschiedene Ausführungsformen
gemäß ihrer Beschreibung Vorteile bieten oder
bezüglich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften
gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen
nach dem Stand der Technik bevorzugt werden, liegt für
einen Fachmann auf der Hand, dass zwischen einem oder mehreren Merkmalen oder
Eigenschaften Kompromisse geschlossen werden können, um
die gewünschten Gesamtsystemmerkmale zu erreichen, was
von der besonderen Anwendung und Implementierung abhängig
ist. Zu diesen Merkmalen gehören unter anderem: Kosten, Festigkeit,
Langlebigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild,
Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht,
Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. Ausführungsformen, die
bezüglich einer oder mehrerer Eigenschaften als weniger
wünschenswert als andere Ausführungsformen oder
Implementierungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden,
liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung
und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert
sein.
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Eine
erfindungsgemäße Ausführung eines Verbrennungsmotormit
Selbstzündung
weist eine erste und eine zweite Reihe von Zylindern auf, die in
einer V-Konfiguration mit einem Tal zwischen den Zylinderreihen
angeordnet sind, wobei der Motor Folgendes umfasst:
eine Hochdruckkraftstoffpumpe
mit mindestens zwei Hochdruckauslässen, die in dem Tal
angeordnet ist;
eine erste Kraftstoff-Verteilerleitung, die
der ersten Zylinderreihe zugeordnet ist, wobei die erste Kraftstoff-Verteilerleitung
einen Umleiter aufweist, der mit den Hochdruckauslässen
gekoppelt und durch eine Drossel von einer Common-Rail getrennt
ist, wobei die Common-Rail einen Kraftstoffrückführkanal
enthält;
einen Drucksensor, der mit einem Ende des
Umleiters gekoppelt ist;
ein Steuerventil, das mit einem Ende
der Common-Rail gekoppelt ist und Kraftstofffluss durch den Rückführkanal
steuert;
mehrere erste Kraftstoffeinspritzventile, die durch mehrere
Einspritzventilkanäle mit der Common-Rail gekoppelt sind,
wobei jeder Einspritzventilkanal eine Drossel aufweist;
eine
zweite Kraftstoff-Verteilerleitung, die der zweiten Zylinderreihe
zugeordnet ist, wobei die zweite Kraftstoff-Verteilerleitung kürzer
ist als die erste Kraftstoff-Verteilerleitung und direkt mit dem
Umleiter gekoppelt ist; und
mehrere zweite Kraftstoffeinspritzventile,
die durch entsprechende Einspritzventilkanäle mit der zweiten Kraftstoff-Verteilerleitung gekoppelt
sind, wobei jeder Einspritzventilkanal eine Drossel aufweist, wobei
die erste und die zweite Kraftstoff-Verteilerleitung bezüglich
des zugehörigen ersten und zweiten Ventildeckels extern
angebracht sind.
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Dabei
umfasst bevorzugt das Steuerventil ein Drucksteuerventil. Weiterhin
bevorzugt weist der Verbrennungsmotor einen Kraftstoffkühler
auf, der mit dem Rückführkanal gekoppelt ist.
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Weiterhin
bevorzugt weist der Verbrennungsmotor eine Niederdruckkraftstoffpumpe
umfasst, die mit einem Einlass der Hochdruckpumpe gekoppelt ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verbrennungsmotorkraftstoffsystem,
umfasst:
eine Kraftstoff-Verteilerleitung mit einem integralen Umleiter,
der koaxial auf eine Common-Rail ausgerichtet und durch eine Drossel
davon getrennt ist, wobei der Umleiter einen Einlasskanal und einen
Verbindungskanal definiert und ein Ende zur Aufnahme eines Drucksensors
aufweist, wobei die Common-Rail mehrere Einspritzventilkanäle,
die jeweils eine Drossel, aufweisen, einen Kraftstoffrückführkanal
und ein Ende zur Aufnahme eines Drucksteuerventils definiert.
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Dabei
enthält der Umleiter bevorzugt mindestens zwei Einlasskanäle,
die zur Kopplung mit einer Hochdruckkraftstoffpumpe ausgeführt
sind.
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Insbesondere
bevorzugt ist die Kraftstoffrückführleitung neben
dem Ende zur Aufnahme des Drucksteuerventils angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 4
- 76
- Niederdruckkraftstoffpumpe
- Recirculation
valve
- Rückführventil
- 68
- Kraftstoffkühler
- 70
- Kraftstofftank
- 72
- Niedertemperaturkühlmittelpumpe
-
- Kühlmittelkreislauf
- 26
- Hochdruckpumpe
- Cam
Chamber
- Nockenkammer
- 14
- Common-Rail
- 28
- Umleiter
- Integrated
Diverter Rail
- Verteilerleitung
mit integriertem Umleiter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Norm DIN ISO
2974 [0025]
- - SAE J1949 [0025]
