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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einer Einspritzeinrichtung und einem die Einspritzeinrichtung mit Kraftstoff versorgenden Kraftstoffrail, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Zylinderkopfhaube sowie ein Zylinderkopfhaubenmodul für eine solche Brennkraftmaschine.
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Eine gattungsgemäße Brennkraftmaschine ist bspw. aus der
DE 10 2009 040 724 A1 bekannt. Die Brennkraftmaschine weist mehrere Brennräume auf, in die mittels jeweils einer zugehörigen Einspritzeinrichtung Kraftstoff eingebracht wird. Die Brennräume der Brennkraftmaschine sind durch einen Zylinderkopf abgeschlossen, der von einer Zylinderkopfhaube abgedeckt ist. Oberhalb der Zylinderkopfhaube ist eine Kraftstoffleitung bzw. ein Kraftstoffrail angeordnet, der mit der jeweiligen Einspritzeinrichtung fluidisch verbunden ist, um diese mit Kraftstoff zu versorgen.
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Nachteilig bei der gattungsgemäßen Brennkraftmaschine ist insbesondere, dass die Verbindung der jeweiligen Einspritzeinrichtung mit dem Kraftstoffrail sowie die Montage der Einspritzeinrichtungen und/oder des Kraftstoffrails aufwendig sind und dementsprechend zu erhöhten Herstellungskosten der Brennkraftmaschine führen. Des Weiteren erfordert die Brennkraftmaschine einen verhältnismäßig großen Bauraum, was in vielen Anwendungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, von Nachteil bzw. unerwünscht ist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art sowie für eine Zylinderkopfhaube einer solchen Brennkraftmaschine eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch reduzierte Herstellungskosten und/oder eine vereinfachte Montage und/oder einen reduzierten Bauraumbedarf auszeichnet.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine der Versorgung von zumindest einer Einspritzeinrichtung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff dienende Kraftstoffleitung bzw. Kraftstoffrail in eine Zylinderkopfhaube der Brennkraftmaschine zu integrieren. Somit entfällt eine separate Montage des Kraftstoffrails, wodurch ein reduzierter Montageaufwand und/oder Produktionsaufwand erreicht werden kann. Dementsprechend können die Herstellungskosten der Brennkraftmaschine reduziert werden. Ferner führt die Integration des Kraftstoffrails in die Zylinderkopfhaube zu einem reduzierten Bauraumbedarf der Brennkraftmaschine. Mit der Integration des Kraftstoffrails in die Zylinderkopfhaube geht ferner eine Gewichtsreduzierung der Brennkraftmaschine einher. Dem Erfindungsgedanken entsprechend weist die Brennkraftmaschine zumindest eine solche Einspritzeinrichtung auf. Die jeweilige Einspritzeinrichtung dient hierbei dem Zweck, Kraftstoff in einen Brennraum der Kraftmaschine einzubringen und insbesondere einzuspritzen. Der Brennraum wird von einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abgeschlossen, wobei der Zylinderkopf von der Zylinderkopfhaube abgedeckt ist. Die Versorgung zumindest einer solchen Einspritzeinrichtung erfolgt hierbei mittels besagtem Kraftstoffrail, der erfindungsgemäß zumindest bereichsweise in der Zylinderkopfhaube integriert ist. Prinzipiell kann die Brennkraftmaschine für beliebige Anwendungen eingesetzt werden. Die Brennkraftmaschine kommt hierbei vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz.
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Die Abdeckung des Zylinderkopfs durch die Zylinderkopfhaube kann mittels eines zumindest bereichsweisen direkten Kontakts zwischen dem Zylinderkopf und der Zylinderkopfhaube realisiert sein. Genauso ist es vorstellbar, dass die Zylinderkopfhaube den Zylinderkopf durch einen mittelbaren Kontakt, beispielsweise durch Anordnung eines beliebigen Bestandteils der Brennkraftmaschine zwischen der Zylinderkopfhaube und dem Zylinderkopf, oder kontaktlos abdeckt. Die Integration des Kraftstoffrails in die Zylinderkopfhaube ist im Allgemeinen beliebig realisiert. Insbesondere verläuft der Kraftstoffrail zumindest bereichsweise innerhalb der Zylinderkopfhaube, wobei der Kraftstoffrail wenigstens bereichsweise aus einem anderen Werkstoff hergestellt sein kann als die Zylinderkopfhaube. Bevorzugt ist die Integration des Kraftstoffrails in die Zylinderkopfhaube durch eine Ausbildung des Kraftstoffrails in der Zylinderkopfhaube realisiert. Das heißt insbesondere, dass der Kraftstoffrail in seinen in der Zylinderkopfhaube integrierten Bereichen kein separates Bauteil der Brennkraftmaschine ist.
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Selbstverständlich kann die zumindest bereichsweise Integration des Kraftstoffrails in die Zylinderkopfhaube auch durch eine Kombination der vorstehenden Kombinationen realisiert sein. Der Kraftstoffrail kann also bereichsweise in der Zylinderkopfhaube ausgebildet und bereichsweise als ein separates Bauteil.
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Die jeweilige Einspritzeinrichtung ist beliebig ausgebildet bzw. ausgestaltet sein, sofern sie das Einbringen des Kraftstoffes in den Brennraum erlaubt. Die Einspritzeinrichtung kann hierbei bspw. einen Injektor aufweisen oder als ein solcher Injektor ausgebildet sein. Vorstellbar ist es auch, dass zwei oder mehrere Einspritzeinrichtungen Kraftstoff in einen solchen gemeinsamen Brennraum einbringen. Ebenso sind Varianten vorstellbar, bei denen eine Kombination aus diesen Möglichkeiten realisiert ist, das heißt bei denen zumindest eine solche Einspritzeinrichtung Kraftstoff in einen solchen zugehörigen Brennraum einbringt, während zumindest zwei andere Einspritzeinrichtungen Kraftstoff in einen anderen gemeinsamen Brennraum einbringen.
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Zum Einbringen des Kraftstoffs in den zugehörigen Brennraum ist die jeweilige Einspritzeinrichtung fluidisch mit dem zugehörigen Brennraum verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest eine solche Einspritzeinrichtung wenigstens bereichsweise im Zylinderkopf angeordnet ist. Hierzu kann der Zylinderkopf eine zugehörige Ausnehmung aufweisen.
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Bevorzugt ist der sich in dem Kraftstoffrail befindende Kraftstoff mit Druck beaufschlagt. Die Beaufschlagung mit Druck erfolgt hierbei mittels einer Fördereinrichtung, insbesondere einer Hochdruckpumpe, die ein Bestandteil der Brennkraftmaschine oder ein externer Bestandteil sein kann. Die Kraftstoffleitung bzw. der Kraftstoffrail können also als Hochdruckleitung bzw. Hochdruckrail bezeichnet werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen weist die Brennkraftmaschine zumindest zwei solche Einspritzeinrichtungen auf, wobei zumindest zwei der Einspritzeinrichtungen mit einem solchen gemeinsamen Kraftstoffrail fluidisch verbunden sind und dementsprechend von diesem gemeinsamen Kraftstoffrail mit Kraftstoff versorgt werden. Der Kraftstoffrail dient also als gemeinsame Kraftstoffleitung bzw. gemeinsamer Kraftstoffrail zumindest zweier solcher Einspritzeinrichtungen und kann dementsprechend als Common-Rail bezeichnet werden. Insbesondere ist es vorstellbar, dass die Brennkraftmaschine zwei oder mehrere solche Kraftstoffleitungen bzw. Kraftstoffrails aufweist, die jeweils zur Versorgung zumindest einer solchen Einspritzeinrichtung dienen. Dabei ist zumindest eine der Kraftstoffleitungen bzw. Kraftstoffrails erfindungsgemäß in der Zylinderkopfhaube integriert.
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Die fluidische Verbindung der jeweiligen Einspritzeinrichtung mit dem Kraftstoffrail kann auf beliebige Weise realisiert sein. Die jeweilige Einspritzeinrichtung kann bspw. mittels einer Verbindungsleitung fluidisch mit dem Kraftstoffrail verbunden sein. Besagte Verbindungsleitung ist dabei insbesondere ein von der Zylinderkopfhaube separater Bestandteil, der bereichsweise aus einem anderen Werkstoff als die Zylinderkopfhabe hergestellt ist und insbesondere zumindest bereichsweise außerhalb der Zylinderkopfhaube verlaufen kann.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die fluidische Verbindung zwischen zumindest einer solchen Einspritzeinrichtung und dem Kraftstoffrail in der Zylinderkopfhaube integriert, insbesondere ausgebildet. Bei diesen Varianten ist die fluidische Verbindung zwischen zumindest einer Einspritzeinrichtung und dem Kraftstoffrail insbesondere kein separates Bauteil der Brennkraftmaschine. In diesen Fällen kann ein Dichtelement, beispielsweise ein Dichtring zum Einsatz kommen, um das Austreten von Kraftstoff in unerwünschte Bereiche zu vermeiden.
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Selbstverständlich sind auch Kombinationen der beiden zuvor genannten Varianten vorstellbar. Das heißt, dass die Brennkraftmaschine zumindest eine solche Einspritzeinrichtung aufweisen kann, die über eine Verbindungsleitung fluidisch mit dem Kraftstoffrail verbunden ist und zumindest eine solche Einspritzeinrichtung aufweisen kann, deren fluidische Verbindung mit dem Kraftstoffrail in der Zylinderkopfhaube integriert ist. Auch kann zumindest eine Einspritzeinrichtung sowohl eine in der Zylinderkopfhaube ausgebildete fluidische Verbindung als auch eine über eine solche Verbindungsleitung realisierte fluidische Verbindung mit dem Kraftstoffrail aufweisen. Bei weiteren Varianten kann die fluidische Verbindung einer der Einspritzeinrichtungen mit dem Kraftstoffrail bereichsweise in der Zylinderkopfhaube und bereichsweise als eine solche Verbindungsleitung realisiert sein.
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Grundsätzlich kann der Kraftstoffrail auf eine beliebige Weise zumindest bereichsweise in der Zylinderkopfhaube ausgebildet sein. Der Kraftstoffrail kann insbesondere als ein Kanal innerhalb der Zylinderkopfhaube ausgestaltet sein. Vorstellbar ist es auch, dass der Kraftstoffrail als eine Bohrung in der Zylinderkopfhaube ausgebildet ist.
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Der Kraftstoffrail ist vorzugsweise nach außen fluidisch abgedichtet. Im in der Zylinderkopfhaube ausgebildeten Bereich des Kraftstoffrails kann besagte Abdichtung bspw. durch eine entsprechende Imprägnierung realisiert sein. Vorstellbar sind jedoch auch beliebige andere Arten der fluidischen Isolierung bzw. Abdichtung. Hierzu zählen bspw. das Anbringen bzw. die Anordnung einer entsprechenden Isolierschicht im Kraftstoffrail.
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Die Zylinderkopfhaube ist prinzipiell aus einem beliebigen Material hergestellt. Die Zylinderkopfhaube kann bspw. aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. In diesem Fall ist der Kraftstoffrail bspw. als eine Bohrung innerhalb der Zylinderkopfhaube realisiert. Zur Herstellung der Zylinderkopfhaube kann ein Gussverfahren zum Einsatz kommen, wobei die Integration des Kraftstoffrails mittels geeigneter Einlagen bzw. Gussformen erreicht werden kann. Auch kann die Zylinderkopfhaube aus einem Kunststoff hergestellt sein. In diesem Fall kann die Zylinderkopfhaube bspw. durch ein Spitzverfahren bzw. Spritzgussverfahren hergestellt sein, wobei der Kraftstoffrail durch entsprechende, bei der Herstellung eingesetzte Formen realisiert ist. Ebenso ist es vorstellbar, die Zylinderkopfhaube aus einer Mischung aus einem Metall, einer Legierung, einem Kunststoff und einem anderen Werkstoff herzustellen.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist die Zylinderkopfhaube zusammen mit zumindest einer solchen Einspritzeinrichtung als ein vormontiertes Zylinderkopfhaubenmodul ausgebildet. Das bedeutet, dass die Zylinderkopfhaube und zumindest eine solche Einspritzeinrichtung vor dem Zusammenbau mit der restlichen Brennkraftmaschine zusammengesetzt bzw. vormontiert werden und im Anschluss gemeinsam in die Brennkraftmaschine montiert bzw. mit der Brennkraftmaschine verbunden werden. Eine separate Montage der zumindest einen Einspritzeinrichtung in die Brennkraftmaschine kann dementsprechend entfallen. Hierbei sind Ausführungsformen bevorzugt, bei denen zwei oder mehr, bevorzugt alle Einspritzeinrichtungen der Brennkraftmaschine zusammen mit der Zylinderkopfhaube als ein solches vormontiertes Zylinderkopfhaubenmodul vorliegen. Dies führt dazu, dass die Verbindung der Zylinderkopfhaube mit der Brennkraftmaschine eine gleichzeitige Montage der Einspritzeinrichtungen in die Brennkraftmaschine bedeutet, so dass dieser bisher separate Montageschritt entfallen kann. Dementsprechend können die Produktions- bzw. Herstellungskosten der Brennkraftmaschine, insbesondere bedingt durch den Entfall der Montage der Einspritzeinrichtungen, erheblich reduziert werden.
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Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist auch die fluidische Verbindung zwischen der Einspritzeinrichtung und dem Kraftstoffrail Bestandteil des vormontierten Zylinderkopfhaubenmoduls. Damit kann auch eine entsprechende fluidische Verbindung zwischen der Einspritzeinrichtung und dem Kraftstoffrail bei der Montage der Brennkraftmaschine entfallen, wodurch der Montageaufwand und dementsprechend die Herstellungskosten weiter reduziert werden können. Vorzugsweise ist im vormontierten Zylinderkopfhaubenmodul die fluidische Verbindung zwischen sämtlichen Einspritzeinrichtungen des Zylinderkopfhaubenmoduls und dem Kraftstoffrail bereits vormontiert. Dabei kann auch hier die fluidische Verbindung zwischen der jeweiligen Einspritzeinrichtung und dem Kraftstoffrail mittels einer solchen Verbindungsleitung oder der Integration in die Zylinderkopfhaube oder einer Kombination daraus realisiert sein.
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Es versteht sich, dass neben der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine auch die Zylinderkopfhaube mit dem zumindest bereichsweise integrierten Kraftstoffrail und das vormontierte Zylinderkopfhaubenmodul zum Umfang dieser Erfindung gehören.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine,
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2 einen Schnitt durch die Brennkraftmaschine aus 1 im Bereich einer Einspritzeinrichtung,
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3 ein Schnitt durch die Brennkraftmaschine andere Ausführungsform im Bereich einer Einspritzeinrichtung.
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Die 1 und 2 zeigen eine Brennkraftmaschine 1, die bspw. in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kommt. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Zylinderkopf 2 auf, der gemeinsam mit einem hier nicht gezeigten Motorblock mehrere Brennräume 3 der Brennkraftmaschine 1 ausbildet. Hierbei schließt der Zylinderkopf 2 die Brennräume 3 ab. Die Brennkraftmaschine 1 weist mehrere Einspritzeinrichtungen 4 auf, wobei dem jeweiligen Brennraum 3 eine solche Einspritzeinrichtung 4 zugeordnet ist. Beim in 1 dargestellten Beispiel sind also insgesamt vier solche Brennräume 3 und vier solche Einspritzeinrichtungen 4 vorgesehen. Die jeweilige Einspritzeinrichtung 4 ist als ein Injektor 4' bzw. Einspritzdüse 4'' ausgebildet. Innerhalb des Zylinderkopfs 2 ist eine Kerzenausnehmung 5 zur Anordnung einer hier nicht gezeigten Kerze, bspw. einer Zündkerze oder einer Glühkerze, ausgebildet. Die jeweilige Einspritzeinrichtung 4 ist in einer zugehörigen Einspritzausnehmung 6 des Zylinderkopfs 2 angeordnet. Die jeweilige Einspritzausnehmung 6 bzw. Einspritzeinrichtung 4 und Kerzenausnehmung 5 bzw. die zugehörige Kerze sind mit einem solchen zugehörigen Brennraum 3 in Kontakt.
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Eine Zylinderkopfhaube 7 deckt den Zylinderkopf 2 ab. Die Zylinderkopfhaube 7 und der Zylinderkopf 2 weisen zugehörige Ausnehmungen 8 zur Aufnahme einer Nockenwelle 9 auf. Die Verbindung zwischen der Zylinderkopfhaube 7 und dem Zylinderkopf 2 ist mittels Schrauben realisiert. Hierzu weisen der Zylinderkopf 2 und die Zylinderkopfhaube 7 zugehörige Schraubenausnehmungen 10 auf.
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Mit Hilfe der jeweiligen Einspritzeinrichtung 4 wird Kraftstoff in den zugehörigen Brennraum 3 eingebracht bzw. eingespritzt. Erfindungsgemäß ist eine die Einspritzeinrichtungen 4 mit Kraftstoff versorgende Kraftstoffleitung bzw. Kraftstoffrail 11 zumindest bereichsweise in der Zylinderkopfhaube 7 integriert. Beim gezeigten Beispiel ist der Kraftstoffrail 11 dabei als eine Bohrung 12 bzw. ein Kanal 12' innerhalb der Zylinderkopfhaube 7 realisiert und dementsprechend innerhalb der Zylinderkopfhaube 7 ausgebildet. Die Einspritzeinrichtungen 4 werden also von einem gemeinsamen Kraftstoffrail 11 mit Kraftstoff versorgt. Dementsprechend handelt es sich bei dem Kraftstoffrail 11 um einen so genannten Common-Rail 11'.
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Der Kraftstoff ist in dem Kraftstoffrail 11 mit Druck beaufschlagt, so dass der Kraftstoff mit Druck in die Brennräume 3 eingebracht werden kann. Der Druck beträgt hierbei zwischen wenigen bar und mehreren tausend bar. Dabei ist die Zylinderkopfhaube 7, insbesondere der Kraftstoffrail 11, derart ausgebildet, dass er diesen Drücken standhalten kann. Insbesondere kann die Zylinderkopfhaube 7 aus einem Kunststoff und/oder einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein. Der Kraftstoffrail 11 ist zudem fluidisch nach außen abgedichtet, so dass ein unerwünschter Austritt des Kraftstoffes aus dem Kraftstoffrail 11 verhindert wird. Eine solche Abdichtung kann bspw. durch eine entsprechende Imprägnierung des Kraftstoffrails 11 erfolgen.
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Die fluidische Verbindung der jeweiligen Einspritzeinrichtung 4 mit dem Kraftstoffrail 11 ist mittels einer Verbindungsleitung 13 realisiert, die einenends mit dem Kraftstoffrail 11 und anderenends mit der Einspritzeinrichtung 4 fluidisch verbunden ist. Die Verbindungsleitung 13 ist zudem mittels jeweils einer Schraubverbindung 14 mit der zugehörigen Einspritzeinrichtung 4 und dem Kraftstoffrail 11 verbunden. Hierzu weisen die Einspritzeinrichtungen 4 und der Kraftstoffrail 11 entsprechende, hier nicht sichtbare Gewinde auf.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform der Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Diese unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die fluidische Verbindung zwischen der Einspritzeinrichtung 4 und dem Kraftstoffrail 11 in der Zylinderkopfhaube 7 integriert und ausgebildet ist. Hierzu weist die Zylinderkopfhaube 7 eine Verbindungsausnehmung 15 auf, die mit dem Kraftstoffrail 11 in fluidische Verbindung steht und in der ein Verbindungsabschnitt 16 der Einspritzeinrichtung 4 angeordnet ist. Zum Abdichten der Verbindungsausnehmung 15 gegenüber der Einspritzausnehmung 6 im Zylinderkopf 2 ist im Bereich der Verbindungsausnehmung 15 eine die Einspritzeinrichtung 4 in Verbindungsabschnitt 16 umgebende Dichtung 17 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel als ein Dichtring 17' ausgebildet ist.
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Der Zylinderkopf 7 ist in den gezeigten Beispielen zusammen mit den Einspritzeinrichtungen 4 als ein vormontiertes Zylinderkopfhaubenmodul 18 ausgestaltet. Bei der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen gehört auch die fluidische Verbindung zwischen dem Kraftstoffrail 11 und der jeweiligen Einspritzeinrichtung 4 mittels der Verbindungsleitungen 13 bzw. den Schraubköpfen 14 zum vormontierten Zylinderkopfhaubenmodul.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Varianten durch einen reduzierten Bauraumbedarf aus, insbesondere weil eine entsprechende externe Kraftstoffleitung entfallen kann. Zudem wird die Montage bzw. Herstellung der Brennkraftmaschine 1, insbesondere durch das vormontierte Zylinderkopfhaubenmodul 18, erheblich erleichtert, wodurch die Herstellungskosten der Brennkraftmaschine 1 reduziert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009040724 A1 [0002]
