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Die Erfindung betrifft ein Common-Rail zur Versorgung von mehreren Injektoren eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff.
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Für die Kraftstoffversorgung von direkt einspritzenden Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren, haben sich sogenannte Common-Rail-Systeme durchgesetzt, bei denen die den einzelnen Zylindern Kraftstoff zuführenden Injektoren über einen gemeinsamen hydraulischen Druckspeicher, das Common-Rail, mit der Hochdruckpumpe für den Kraftstoff verbunden sind. Als wesentlicher Vorteil, des Common-Rail-Systems wird dabei die große Variationsmöglichkeit bei der Gestaltung der Einspritzungen gesehen, die sich aus der Entkopplung von Druckerzeugung mittels der Hochdruckpumpe und Einspritzung mittels der Injektoren über das als Druckspeicher dienende Common-Rail erzielt wird.
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Bei den bekannten Common-Rail-Systemen weist der Druckbehälter (das „Rail”) die Form eines beidseitig verschlossenen Rohres auf, über dessen Länge verteilt, die Anschlüsse für die zu den Injektoren sowie zu der Hochdruckpumpe führenden Kraftstoffleitungen integriert sind. Diese Anordnung der Anschlüsse für die Injektoren sowie die in der Regel parallele Anordnung des Rails zu der Zylinderreihe des Verbrennungsmotors sorgt für eine kurze und insbesondere auch gleiche Länge der zu den Injektoren führenden Hochdruckleitungen.
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Die parallele Anordnung des Rails zu der Zylinderreihe des Verbrennungsmotors kann zu dem Problem führen, dass dessen Länge bauraumbedingt begrenzt ist. Die Erzielung eines für dessen Funktion erforderlichen Speichervolumens des Rails muss in diesen Fällen über eine entsprechende größere Dimensionierung des Durchmessers des Rails erfolgen, was insbesondere dann mit Problemen verbunden sein kann, wenn an das Rail zusätzliche Funktionselemente mit festgelegten Abmessungen angeschlossen werden sollen. Auch ist mit einer Vergrößerung des Innendurchmessers des Rails ein nicht unerheblicher konstruktiver Zusatzaufwand zur Erzielung einer ausreichenden Druckfestigkeit verbunden.
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Aus der
DE 10 2005 053 470 A1 ist ein Common-Rail-System mit variablem Volumen bekannt, bei dem das Innenvolumen des Rails in eine erste sowie eine zweite Kammer unterteilt ist, die über schaltbare Verschlussmittel miteinander verbunden bzw. voneinander getrennt werden können. Die erste Kammer umfasst dabei sowohl die Anschlüsse für die Injektoren als auch für die Hochdruckpumpe. Vorgesehen ist, während des Anlassens den Motor, die zweite Kammer von der ersten Kammer zu trennen. Dadurch soll während des Anlassens das Volumen des Rails relativ klein gehalten werden, wodurch die Zeit, bis zu der der Betriebsdruck innerhalb des Rails erreicht ist, verkürzt werden soll.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Common-Rail-System anzugeben, dass auch bei begrenztem Einbauraum auf einfache Weise mit einem erforderlichen Innenvolumen ausgebildet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Common-Rails sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, bei einer bauraumbedingten Begrenzung der Länge des Rails eines gattungsgemäßen Common-Rail-Systems das für die Funktion erforderliche Innenvolumen nicht durch eine Vergrößerung des Durchmessers des Rails zu erreichen, sondern vielmehr einen zusätzlichen Druckbehälter vorzusehen, dessen Innenvolumen mit dem Innenvolumen des Rails in Verbindung steht, der jedoch seitlich in das rohrförmige Rail mündet und dadurch die Länge des Rails nicht beeinflusst.
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Ein gattungsgemäßes Common-Rail zur Versorgung von mehreren Injektoren eines Verbrennungsmotors umfasst zumindest ein rohrförmiges Rail (vorzugsweise mit kreisförmigem Querschnitt des Innenvolumens) mit Anschlüssen zur Verbindung des Rails mit den Injektoren und ist erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen Druckbehälter gekennzeichnet, dessen Innenvolumen seitlich (bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Rails) und vorzugsweise radial in das Innenvolumen des Rails mündet.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Common-Rails ergibt, liegt darin, dass aufbauend auf einem Basissystem mit einem hinsichtlich seiner Abmessungen festgelegten Rail das Gesamtinnenvolumen des Common-Rails durch die Integration unterschiedlich großer zusätzlicher Druckbehälter verändert werden kann. Dadurch wird eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, das erfindungsgemäße Common-Rail an unterschiedliche Verbrennungsmotoren mit entsprechend unterschiedlichen Anforderungen an das Railvolumen anzupassen.
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Um diese Anpassbarkeit auf einfache Weise durchführen zu können, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der zusätzliche Druckbehälter über lösbare Verbindungsmittel mit dem Rail verbunden ist. Hierbei kann es sich vorzugsweise um eine Gewindeverbindung handeln.
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Um die Kosten für die Ausbildung dieser Verbindungsmittel gering zu halten, kann weiterhin vorgesehen sein, diese identisch zu denjenigen lösbaren Verbindungsmitteln auszubilden, mit denen die Injektoren bzw. die entsprechenden Zuleitungen mit dem Rail verbindbar sind. Besonders bevorzugt kann für die Herstellung des zusätzlichen Druckspeichers dann auch auf die Rohre, aus denen die zu den Injektoren führenden Hochdruckleitungen hergestellt werden, zurückgegriffen werden. Dadurch und durch die Identität der Anschlüsse für die Injektoren bzw. den Druckbehälter können die Kosten für das erfindungsgemäße Common-Rail gering gehalten werden.
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Zur Erreichung der erforderlichen Druckfestigkeit des Druckbehälters kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass dieser aus einem (vorzugsweise metallischen) Vollmaterial ausgebildet, beispielsweise gegossen, geschmiedet und/oder spanend aus dem Vollen herausgearbeitet ist.
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Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Druckbehälter, der vorzugsweise ebenfalls eine Rohrform aufweist, in Form eines Blindrohrs auszubilden, das einen beidseitig offenen Grundkörper in Form eines Rohrs aufweist, das einseitig mittels eines Verschlusselements verschlossen ist. Besonders bevorzugt kann für Herstellung des in Form eines Blindrohrs ausgebildeten Druckbehälters auf dieselben Halbzeuge zurückgegriffen werden, aus denen auch die Hochdruckleitungen zur Verbindung von Rail und Injektoren und/oder Rail und Hochdruckpumpe ausgebildet sind.
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Ein weiterer Vorteil, der sich aus der erfindungsgemäßen Verwendung eines sich seitlich an das (Haupt-)Rail anschließenden Druckbehälters ergibt, liegt darin, dass die Formgebung dadurch, dass dieser keine Anschlüsse zu den weiteren Funktionselementen des Common-Rail-Systems (insbesondere Injektoren, Hochdruckpumpe, Drucksensor, Druckregelventil) aufweist, in seiner Formgebung relativ flexibel ist. Beispielsweise bei einer Verwendung eines Blindrohrs als Druckbehälter kann dann durch einen einfachen Biegeprozess der Verlauf des Blindrohrs so gestaltet werden, dass eine Kollision mit angrenzenden Elementen des Verbrennungsmotors vermieden wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
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1: ein erfindungsgemäßes Common-Rail in einer teilweise geschnittenen isometrischen Ansicht. 1
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Das in der 1 dargestellte erfindungsgemäße Common-Rail umfasst ein Rail 10, das als beidseitig offenes, rohrförmiges Bauteil mit mehreren sich radial erstreckenden Anschlüssen versehen ist. Neben einem ersten, einfach gehaltenen Anschluss in Form eines Schlauchstutzens 12 sind vier (Hochdruck-)Anschlüsse 14 mit Außengewinden vorgesehen. Ein erster dieser Hochdruckanschlüsse dient zur Anbindung einer zu einer Hochdruckpumpe (nicht dargestellt) führenden Hochdruckleitung (nicht dargestellt). Über die drei verbliebenen Hochdruckanschlüsse 14 ist das Rail 10 mit Hochdruckleitungen (nicht dargestellt) verbunden, über die drei Injektoren eines dreizylindrigen Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) mit unter Druck stehendem Kraftstoff aus dem Common-Rail versorgt werden.
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Das eine, dem Schlauchstutzen 12 benachbarte Ende des Rails ist mittels eines Druckregelventils 16 verschlossen. Dieses ist im Betrieb des Verbrennungsmotors regelmäßig geschlossen, da die Hochdruckpumpe des Common-Rail-Systems bedarfsgeregelt ist und somit der Druck in dem Common-Rail in Abhängigkeit von dem Kraftstoffbedarf des Verbrennungsmotors von der Hochdruckpumpe gesteuert wird. Lediglich in Ausnahmefällen, z. B. bei einer kurzfristigen vollständigen Zurücknahme der Last nach längerem Vollastbetrieb, öffnet das Druckregelventil 16 und sorgt dadurch für einen Rückfluss von Kraftstoff aus dem Rail 10 über eine mit dem Schlauchstutzen 12 verbundene Schlauchleitung und verhindert dadurch eine Erzeugung von übermäßigem Überdruck durch die relativ träge regelnde Hochdruckpumpe.
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Das dem Druckregelventil 16 gegenüberliegende Ende des Rails ist mittels eines Drucksensors 18 verschlossen, der den Druck in dem Innenvolumen des Common-Rails misst.
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Weiterhin umfasst das Rail 10 zwei Verbindungsflansche 20, über die das Common-Rail mit einem Zylinderkopf des Verbrennungsmotors verbindbar ist.
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Das Rail ist erfindungsgemäß mit einem weiteren Anschluss 22 (mit einem Innengewinde) versehen, über den ein zusätzlicher Druckbehälter 24 (mit einem entsprechenden Außengewinde) angeschlossen ist. Dieser zusätzliche Druckbehälter 24 ist als einseitig verschlossenes, rohrförmiges Bauteil in Form eines Schmiederohrteils aus Vollmaterial ausgebildet. Der Anschluss 22 für den zusätzlichen Druckbehälter 24 ist in der Nähe des von dem Drucksensor 18 verschlossenen Endes des Rails 10 angeordnet und ist so ausgebildet, dass sich der Druckbehälter 24 (bzw. dessen Längsachse) seitlich und insbesondere in einer radialen Richtung von dem Rail 10 (bezogen auf dessen Längsachse) erstreckt.
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Die Verbindung des Druckbehälters 24 mit dem Rail 10 erfolgt über eine Schraubverbindung, wobei andere lösbare oder unlösbare Verbindungen ebenso vorgesehen sein können.
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Mittels des Innenvolumens des Druckbehälters 24, das über einen Verbindungsöffnung 26 direkt mit dem Innenvolumen des Rails 10 in Verbindung steht, kann das Gesamtinnenvolumen des Common-Rails vergrößert werden, ohne dazu die Länge oder den Innendurchmesser des Rails über vorgegebene Maximalwerte hinaus vergrößern zu müssen. Das erfindungsgemäße Common-Rail kann daher bevorzugt bei solchen Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommen, bei denen die Länge des Rails 10 bauraumbedingt beschränkt ist und eine Vergrößerung des Innendurchmessers, der beispielsweise maximal 9 mm betragen darf, aus unterschiedlichen Gründen nicht umsetzbar ist. Beispielsweise kann der maximale Innendurchmesser des Rails 10 durch die Abmessungen der Anschlüsse von Druckregelventil 16 und Drucksensor 18 vorgegeben sein, bei denen es sich regelmäßig um Zukaufteile handelt.
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Die erfindungsgemäße seitliche Anordnung des zusätzlichen Druckbehälters 24 verlängert das Common-Rail nicht; zudem kann der zusätzliche Druckbehälter 24 bzw. der für dessen Anbindung vorgesehene Anschluss 22 flexibel an einer relativ beliebigen Position an dem Rail 10 vorgesehen werden, an dem dies die Bauraumsituation des Verbrennungsmotors ohne Probleme zulässt. Hinzu kommt, dass die Form und insbesondere der Verlauf des Druckbehälters 24 in längsaxialer Richtung relativ flexibel gewählt werden kann, da der Druckbehälter keine Anschlüsse zur Verbindung mit anderen Funktionselementen aufweist. Auch dadurch kann ein kleiner zur Verfügung stehender Bauraum auf vorteilhafte Weise ausgenutzt werden.
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Die Verbindung des Innenvolumens des Druckbehälters 24 mit demjenigen des Rails 10 erfolgt über die relativ (verglichen mit dem Innendurchmesser von Rail und/oder Druckbehälter) kleine Verbindungsöffnung 26 (z. B. ca. 3 mm Durchmesser), wodurch die lokale Schwächung des Rails 10 gering gehalten werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rail
- 12
- Schlauchstutzen
- 14
- Hochdruckanschluss
- 16
- Druckregelventil
- 18
- Drucksensor
- 20
- Befestigungsflansch
- 22
- Anschluss
- 24
- Druckbehälter
- 26
- Verbindungsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005053470 A1 [0005]
