DE60016895T2

DE60016895T2 - Vorrichtung für brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60016895T2
Application number: DE60016895T
Authority: DE
Inventors: Göran FREDRIKSSON; Mikael Jönsson
Original assignee: Volvo Car Corp
Current assignee: Volvo Car Corp
Priority date: 1999-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2020-01-13
Also published as: AU2141000A; WO2000042314A1; US6412466B2; SE9900049D0; US20010037783A1; EP1151191B1; DE60016895D1; EP1151191A1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für Brennkraftmaschinen nach Art einer Kolbenmaschine mit mindestens einer Reihe von Zylindern, wobei die Anordnung mindestens eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für jeden Zylinder und mindestens einen Einlasskrümmer für den Zugang von Luft zu den Zylindern aufweist.
STAND DER TECHNIK
Moderne Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen sind fast alle mit einem Ottomotor oder einem Dieselmotor ausgerüstet. Ottomotoren, die im Großen und Ganzen immer für Benzin vorgesehen sind, sind mit Einspritzeinrichtungen für Kraftstoff ausgerüstet, im Gegensatz zu älteren Ausführungen mit Vergasern. Diese Entwicklung hat sich im Wesentlichen deshalb ergeben, da die Anforderungen hinsichtlich Abgase in den Jahren strenger geworden sind. Eine Motorausführung, die vor kurzem üblicher geworden ist, ist eine solche mit Einspritzdüsen, die den Kraftstoff direkt in den Zylinder einspritzen, eine so genannte Direkteinspritzung, da dies einen so genannten mageren Lauf bzw. Magerbetrieb ermöglicht. In diesem Zusammenhang besteht ein auf die Konstruktion bezogenes Problem darin, auf dem Zylinderkopf des Motors Bauraum für die Einspritzdüsen bzw. Einspritzeinrichtungen und ihre Zugangsleitungen zusammen mit Einlasskrümmern und anderen Leitungen zu finden, die um den Zylinderkopf herum angeordnet sind. Die Einlasskrümmer beanspruchen natürlich selbst einen ziemlich großen Einbauraum mit vielleicht verschiedenen Öffnungen pro Zylinder, EGR-Einlässe, Ventile und Rohre mit wählbaren Luftwegen. In diesem Kontext wird häufig von einem Kraftstoffleitungssystem Gebrauch gemacht, welches ein Zuführrohr zu der Seite des Motors und enge Leitungen von dem Zuführrohr zu den Einspritzdüsen aufweist. Dieses sind relativ kostenaufwändige Konstruktionen, da die Anforderungen an Kompaktheit und Festigkeit in dieser Umgebung hoch sind. Direkteinspritzung wird auch bei Dieselmotoren verwendet, welche ähnliche Probleme aufweisen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung schlägt eine Lösung für die obigen Probleme mit der Anordnung nach Anspruch 1 vor. Die Erfindung beruht auf der Tatsache, dass die Einlässe der Kraftstoffeinspritzdüsen an einen Kraftstoffkanal angeschlossen sind, der in dem Einlasskrümmer angeordnet ist. Der Kraftstoffkanal ist vorteilhafterweise in die Einlasskrümmerkonstruktion integriert, und die Einlässe der Einspritzdüsen sind vorzugsweise mit Öffnungen verbunden, die für sie in dem Einlasskrümmer angepasst sind.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskrümmer in zwei Abschnitte aufgeteilt ist, von denen ein erster Abschnitt den Kraftstoffkanal und die Anbringungen an die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen aufnimmt, und ein zweiter Abschnitt den Rest des Einlasssystems mit, unter anderem, den so genannten Rohren bildet. An seinem von der Maschine weg weisenden Ende kann der Einlasskrümmer mit einer Anbringung an ein Luftreinigungssystem oder dergleichen aufgebaut sein. Ein Vorteil eines auf zwei Abschnitte aufgeteilten Einlasskrümmers besteht darin, dass der erste mit den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen gekoppelte Abschnitt mit den Anforderungen, die neben anderen daran nach Leckdichtigkeit und Oberflächengüte der Öffnungen für die Anbringung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen gestellt werden müssen, aus einem Werkstoff hergestellt werden kann, der für die spezielle notwendige Werkstoffbehandlung gut geeignet ist, während der andere Abschnitt aus einem Werkstoff mit geringeren Anforderungen hergestellt werden kann, das heißt ein weniger teurer Werkstoff. Die Handhabung der Werkstücke während der Werkstoffbehandlung wird ebenfalls erleichtert durch die Tatsache, dass der behandelte Abschnitt kleiner ist als ein vollständiger Einlasskrümmer, zum Beispiel wenn der Werkstoff in einem Ofen behandelt werden muss. Es ist ebenfalls zweckdienlich, in dem ersten Abschnitt Ventile für einen Wirbeleffekt aufzunehmen, da der Zusammenbau einfacher ist.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird mit Bezugnahme auf die in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Figuren unten beschrieben und erläutert. Hierbei zeigt:
1 einen Zylinderkopf einer Maschine gemäß der Erfindung mit angebrachten Kraftstoffeinspritzeinrichtungen;
2 einen ersten Einlasskrümmerabschnitt von der Seite, der zur Verbindung mit der Einlassseite des Zylinderkopfs und der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen vorgesehen ist;
3 den gleichen Zylinderkopf wie in 1 mit einem angebrachten ersten Abschnitt eines Einlasskrümmers nach 2;
4 einen Schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung und ihre Verbindung mit einem Kraftstoffkanal in dem Einlasskrümmer; und
5 wieder den gleichen Zylinderkopf wie in 1 und 3, aber mit einem darauf angebrachten vollständigen Einlasskrümmer gemäß der Erfindung.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Zylinderkopfs 1, der für eine übliche doppelte obenliegende Nockenwelle vorgesehen ist. Der Ventildeckel, die Nockenwellen, die Ventilvorrichtung und ihre zugehörigen Lager und Lagerabdeckungen sind nicht dargestellt, da sie die Erfindung nicht betreffen.
Der gezeigte Zylinderkopf ist für einen Motor mit fünf Zylindern vorgesehen. Jeder Zylinder weist zwei Einlassöffnungen für Luft auf (in der Figur verdeckt), welche an einem Adapterabschnitt 3 angeschlossen sind, der zu der Einlasskrümmerkonstruktion gehört und sich längs der Seite 2 des Zylinderkopfs erstreckt, und dessen Abschnitt 3 Einlasskanäle 4, 5, 6, 7 und 8 aufweist, die in Paaren mit den Einlassöffnungen des Motors bzw. der Maschine verbunden sind. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 9 ist zwischen den Kanälen in jedem Paar von Einlasskanälen angebracht, mit anderen Worten eine Gesamtheit von fünf Kraftstoffeinspritzeinrichtungen. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 9, die in einer bekannten Ausführung auf dem Markt erhältlich sind, besitzen einen elektrischen Anschluss 10 für ein Steuersignal und einen kreisförmigen zylindrischen Kraftstoffeinlass 11. In Abhängigkeit von dem gewünschten Einspritzwinkel in die Zylinder weisen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen und ihre Einlässe 11 eine Richtung auf, die in Bezug auf die Verbindungsfläche des Zylinderkopfs zum Motor und der Hauptachse der Motorzylinder abgewinkelt ist. An dem in der Figur dargestellten Zylinderkopf weist die Verbindungsfläche nach unten und ist mit einem Pfeil mit der Bezeichnung 12 gekennzeichnet.
Längs der Maschine ist der Adapterabschnitt 3 mit ersten und zweiten Verbindungsflächen 13 und 14 gestaltet. Die erste Fläche 13 ist mit einer korrespondierenden Fläche an der Seite 2 des Zylinderkopfs 1 so verbunden, dass die sich in die Seite des Zylinderkopfs heraus öffnenden Zylindereinlassöffnungen mit den Einlasskanälen 4 bis 8 verbunden sind und sich in diesen fortsetzen. Die zweite Verbindungsfläche 14 ist in einem Winkel zu der ersten Verbindungsfläche 13 so angeordnet, dass die Verbindungsfläche 14 in rechten Winkeln zu der Richtung des Kraftstoffeinlasses 11 liegt.
2 stellt einen ersten inneren Abschnitt 15a eines Einlasskrümmers 15 dar, dessen in der Figur gezeigte Seite 16 zehn Einlassöffnungen 17 und fünf Kraftstofflöcher 18 korrespondierend zu den Einlasskanälen 4 bis 8 der zweiten Verbindungsfläche 14 und der Kraftstoffeinlässe 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 9 aufweist. Die Kraftstofflöcher 18 stehen in direkter Kommunikation mit einem Kraftstoffkanal 19 (schematisch dargestellt), welcher einstückig mit dem Abschnitt 15a ausgebildet ist und welcher seinerseits Kraftstoff von einer Versorgungsleitung (nicht gezeigt) über einen Kraftstoffeinlass 20 erhält.
3 zeigt den ersten Abschnitt 15a des Einlasskrümmers 15 an dem Adapter 3 anmontiert. Die Einlassöffnungen 17 sind in einer solchen Weise angeordnet, das sie eine direkte Fortsetzung in den Einlasskanälen 4 bis 8 aufweisen. An der Seite des Einlasskrümmerabschnitts 15a, die auf den Adapterabschnitt gerichtet und mit ihm verbunden ist, sind die Kraftstoffeinlässe 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 9 mit korrespondierenden Kraftstofflöchern 18 in dem Abschnitt 15a verbunden. Auf Grund der Tatsache, dass die Verbindungsfläche 14 in rechten Winkeln zu der Richtung der Kraftstoffeinlässe und der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 9 angeordnet ist, gibt es keine ungleichmäßige Belastung der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 9 von dem Einlasskrümmer 15a. Normalerweise sind die Einspritzeinrichtungen 9 an dem Zylinderkopf 1 mit Schrauben bzw. Bolzen in einer bekannten Art und Weise gesichert, aber es ist für sie auch möglich, nur mittels des Einlasskrümmers 15a sicher gehalten zu werden, indem dieser auf den Außenseite über Trägerflächen (nicht gezeigt) aufliegt, die an dem Boden der Kraftstofflöcher 18 angeordnet sind, und welche gegen die Kraftstoffeinlässe 11 der Einspritzeinrichtungen drücken. Ein Drucksensor 28 und ein Sicherheitsventil 29 für den Kraftstoff sind ebenfalls mit dem Abschnitt 15a verbunden.
4 zeigt einen Schnitt durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 9 und ihre Anbringung an einem Einlasskrümmerabschnitt 15a. Ein Verlängerungsteil 21 mit einem in ein Kraftstoffloch eingesetztem Abschnitt 22 ist koaxial mit den Kraftstoffeinlässen 11 der Einspritzeinrichtungen verbunden. Zwischen dem Verlängerungsteil 21 und der Außenseite des Einlasses 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und zwischen dem Abschnitt 22 des Verlängerungsteils und der Innenseite des Kraftstofflochs des Einlasskrümmerabschnitts 15a sind jeweils Dichtringe 23 und 24 angeordnet. Dieser Aufbau gewährt eine Toleranz absorbierende Wirkung zwischen den Einlässen 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtung und den Kraftstofflöchern 18 in dem Einlasskrümmer 15a. Die Figur zeigt ebenfalls eine Einlassöffnung 17, die durch unterbrochene Linien dargestellt ist. Ein so genanntes Verwirbelungsventil 25 ist in der Öffnung 17 schematisch gezeigt, wobei das Verwirbelungsventil 25 in einer bekannten Weise über eine schematisch dargestellte Stange 26 in einem Stangenloch 27 gesteuert werden kann. Verwirbelungsventile sind in einer der zu jedem Zylinder gehörenden beiden Einlassöffnungen 17 angeordnet. Ein Bolzenloch 28 zur Anbringung des Adapterabschnitts 3 ist ebenfalls gezeigt.
Der Einlasskrümmer ist in 5 durch einen äußeren Abschnitt 15b vervollständigt, welcher Rohre 30, ein Paar für jeden Zylinder, und eine Verbindung 31 zu dem Luftversorgungssystem, Ventilgehäuse und ähnliche Bauteile, die üblicherweise zu einem Kraftfahrzeugmotor gehören.
Der Abschnitt 15a des Einlasskrümmers 15, der mit den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen verbunden ist, muss in den mit den Einlässen 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen verbundenen Kraftstofflöchern eine Oberflächengüte aufweisen, welche gewährleistet, dass keine Leckage auftritt. Es ist auch wichtig, dass die Wände in dem Einlasskrümmer dem Kraftstoffdruck standhalten, während sie gleichzeitig so dünn wie möglich sind, um den geringst möglichen Bauraum zu beanspruchen und das mögliche geringste Gewicht aufzuweisen. Ein geeigneter Werkstoff für das Rohr ist Aluminium, welches im Hartguss- bzw. Kokillengussverfahren hergestellt werden kann. Ein so genanntes Thixocasting kann auch verwendet werden, es ist ein großer Vorteil, dass die Werkstücke nicht unnötig groß und sperrig sind. Zusätzlich kann für den Abschnitt 15b ein kostengünstigerer Werkstoff gewählt werden, welcher nicht solche strengen Spezifikationen erfüllen muss.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Beispiel beschränkt, welches oben beschrieben und erläutert ist, und anstelle dessen sind viele Varianten innerhalb des Rahmens der angefügten Patentansprüche möglich. In seiner einfachsten Variante kann der Einlasskrümmer zum Beispiel in einem einzelnen Stück mit dem Adapter 3, dem Abschnitt 15a und dem Abschnitt 15b integriert werden, in einer Konstruktion mit den Kraftstofflöchern 18, die direkt an den Einlässen 11 der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen angeordnet sind. Es ist auch möglich, nur den Adapterabschnitt 3 und den inneren Abschnitt 15a einstückig auszubilden, und es ist ebenso für den Adapterabschnitt möglich, in den Zylinderkopf integriert zu werden, das heißt, der Zylinderkopf ist mit einer Verbindungsfläche 2 in rechten Winkeln zu der Richtung der Einlässe der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen ausgelegt.

Claims

Anordnung für Brennkraftmaschinen nach Art einer Mehrzylinderkolbenmaschine mit wenigstens einer Reihe von Zylindern, mit wenigstens einer Kraftstoffeinspritzeinrichtung (9) für jeden Zylinder und wenigstens einem Einlasskrümmer (15a, 15b) für den Zugang von Luft zu den Zylindern, wobei der Kraftstoffkanal (19) einstückig mit dem Einlasskrümmer (15a) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) an dem Zylinderkopf zwischen dem Kopf und dem Einlasskrümmer montiert sind, und dass die Einlässe (11) der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) mit dem Kraftstoffkanal (19) verbunden sind, der in dem Einlasskrümmer (15a) angeordnet ist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlasskrümmer (15a, 15b) einen ersten inneren Abschnitt (15a), der nächstliegend zu der Maschine angeordnet ist, der den Kraftstoffkanal (19) aufnimmt und der mit den Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) und den Maschineneinlass-öffnungen (4 – 8) verbunden ist, und einen zweiten äußeren Abschnitt (15b) aufweist, der mit dem ersten Abschnitt verbunden ist und Einlassrohre (30) und eine Verbindung (31) zu einem Luftreinigungssystem aufweist.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinlässe (11) der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) über einen Verlängerungsabschnitt (21) mit dem Kanal (19), der in dem Einlasskrümmer (15a) angeordnet ist, verbunden sind.
Anordnung nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (15a) Ventile (25) zur Steuerung des so genannten Wirbeleffekts aufnimmt.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) fest in dem Zylinderkopf (1) mittels des Einlasskrümmers (15a) gehalten sind.
Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Zylinderkopfs (1), die mit dem Einlasskrümmer verbunden ist, in rechten Winkeln zu der Richtung der Kraftstoffeinlässe (11) der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (9) angeordnet ist.
Kraftfahrzeugmotor, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kraftfahrzeugmotor aufweist, der eine Anordnung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.