-
GEBIET DER ERFINDUNG:
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Zylinderkopf, beispielsweise zur Montage an einer
Dieselbrennkraftmaschine, wobei dieser Zylinderkopf mit Löchern für Einspritzeinheiten
zum Einspntzen von Brennstoff in die Brennkraftmaschine und für Zufuhrvorrichtungen
für flüssigen Brennstoff aufweist.
Solche Zylinderköpfe
haben eine verlängerte
Form und sind bevorzugt zur Montage auf der oberen Seite einer Brennkraftmaschine
mit mehreren Zylindern, zum Beispiel sechs, vorgesehen.
-
STAND DER TECHNIK:
-
Brennkraftmaschinen, die durch flüssigen Brennstoff
angetrteben werden, zum Beispiel durch Dieselöl, weisen üblicherweise mehrere Zylinder
auf, die in einem geregelten Verhältnis durch eine Einspritzdüse mit Brennstoff
sowie mit ausreichend Luft zur Verbrennung versorgt werden müssen und
einen Auslass für
die Abgase aufweisen müssen.
Diese Funktionen sind üblicherweise
in einem Zylinderkopf zusammengefasst, der als Abdeckung auf den
Zylindem montiert ist. Da die Zylinder in einer Reihe stehen, hat
der Zylinderkopf eine, verlängerte
Form.
-
Der Zylinderkopf wird zumeist bereits
mit den kompletten Kanälen
für Luft
und Abgase und möglicherweise
mit Löchem
für die
Brennstoffeinspritzeinheiten gefonnt. Diese Löcher können auch gebohrt werden. Was
jedoch immer notwendig ist, ist das Bohren von Kanälen für die Zufuhr
von Brennstoff zu den für
die Brennstoffeinspritzeinheiten vorgesehenen Löchern. Diese Kanäle, von
denen es zwei gibt, haben normalerweise einen Durchmesser von ungefähr 9,5 mm
und müssen
in einem bestimmten Abstand zueinander über die gesamte Länge des
Zylinderkopfs verlaufen. Die Kanäle
werden üblicherweise von
den Enden beider Schmalseiten aus gebohrt. Da der Brennstoff über diese
Kanäle
in die Brennstoffeinspritzeinheiten gepresst werden muss, müssen die Kanäle sowohl
gegeneinander als auch gegenüber der
Umgebung abgedichtet werden. Deshalb werden drei Flächen für die Abdichtung
mit an den Einspntzeinheiten befestigten O-Ringen verwendet: eine
unter dem untersten Kanal, die zweite zwischen den Kanälen und
die dritte über
dem obersten Kanal.
-
Einer der Kanäle, vorzugsweise der untere, ist
zur Zufuhr von Brennstoff zu den Brennstoffeinspritzeinheiten vorgesehen,
während
der zweite Kanal dafür
vorgesehen ist, überschüssigen Brennstoff in
entgegengesetzter Richtung zum Brennstoff im ersten Kanal zu leiten
und einen bestimmten Druck im System aufrechtzuerhalten. Der Druckwert
wird durch ein Ventil gesteuert, das in Verbindung mit dem zweiten
Kanal montiert ist.
-
Die Brennstoffmenge, die in die Brennkraftmaschine
eingespritzt werden soll, wird durch die Einspritzeinheiten portioniert.
Allerdings ist die Gesamtmenge dieser Portionen viel geringer als
die zirkulierende Menge, die etwa dem Vier- bis Achtfachen der eingespntzten
Gesamtmenge entspricht.
-
TECHNISCHES PROBLEM:
-
Im Zylinderkopf ist nur eingeschränkt Platz verfügbar, da
der Zylinderkopf sowohl die Einlasskanäle und die Abgaskanäle als auch
die Kühlkanäle enthalten
soll. Die beiden Brennstoffkanäle
werden dabei mit ihren erforderlichen Abmessungen hergestellt, wodurch
für alle
weiteren Kanäle
Platzeinschränkungen
gelten. Der eingeschränkte
Platz gestattet daher nicht die gewünschte Konstruktionsfreiheit
für diese
Kanäle.
-
Aufgrund, der geringen Abmessungen
der Bohrungen gestattet sich die Bearbeitung problematisch, da es
schwieng ist, bei einer Bohrung mit kleinem Durchmesser und großer Länge, die üblicherweise
in der Größenordnung
von 1 m liegt, eine gerade und präzise Richtung einzuhalten.
Daraus ergibt sich eine hohe Ausschusshäufigkeit bei den Zylinderköpfen, und
es ist ein hohes Maß an
Nachbearbeitung erforderlich, was zusammen zu hohen Produktionskosten
führt.
-
Bei zwei Kanälen werden außerdem vier Auslässe in jedem
Einspritzloch erzielt, wobei die Auslässe (oder Einlässe) entgratet
werden müssen, damit
keine Unreinheiten in Form von Graten in den Brennstoff treten und
zu Schäden
an den gegenüber Unreinheiten
empfindlichen Einspritzeinheiten führen können. Dieses Entgraten muss
mit großer
Aufmerksamkeit, Sorgfalt und Präzision
erfolgen und wirkt sich negativ auf die Produktionskosten aus.
-
Verschiedene Brennstoffe, die in
der Brennkraftmaschine varwendet werden können, sind temperaturempfindlich,
und eine zu hohe Temperatur beeinflusst die Schmierfähigkeit
usw. negativ und führt zu
Betriebsstörungen.
Die Kühlflüssigkeit
und das Schmieröl
in und um den Zylinderkopf heizen den Brennstoff auf, der durch
die Bohrungen im Zylinderkopf transportiert wird, und es ist deshalb
von großer Bedeutung,
dass die Wärmeübertragung
zwischen dem kälteren
Brennstoff und der Umgebung so gering wie möglich ist. Bei zwei Kanälen, die
jeweils einen Durchmesser von üblicherweise
9,5 mm und eine Länge
von 1 m haben, ist eine Fläche
von ungefähr
60.000 mm2 der Wärmeübertragung ausgesetzt.
-
DIE LÖSUNG:
-
Entsprechend der vorliegenden Erfindung erfolgt
die Lösung
der oben beschriebenen Probleme durch Bereitstellung eines verlängerfen
Zylinderkopfs, beispielsweise zur Montage an einer Dieselbrennkraftmaschine,
der bei Bedarf zusätzlich
zu den herkömmlichen
Luftund Kühlungskanälen Löcher für Einspritzeinheiten
und für
Vorrichtungen zur Zufuhr flüssigen
Brennstoffs wie Dieselöl
zu den Einspritzeinheiten aufweist. Der Zylinderkopf ist dadurch
gekennzeichnet, dass nur ein einziger längs verlaufenden Brennstoffkanal
für die
Zufuhr und den Abtransport von Brennstoff zu bzw. von allen Einspritzeinheiten
vorhanden ist.
-
Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, dass
der Brennstoffkanal an einer oder beiden der kürzeren Seiten des verlängerten
Zylinderkopfs endet.
-
Erfindungsgemäß können ein oder mehrere quer
verlaufende Kanäle
für die
Zufuhr oder den Abtransport von Brennstoff zum bzw. vom längs verlaufenden
Brennstoffkanal an einem oder beiden Enden des längs verlaufenden Brennstoffkanals
angeordnet sein.
-
Ertindungsgemäß kann ein Ventil zur Steuerung
des Brennstoffdrucks im längs
verlaufenden Brennstoffkanal am Auslass-Ende für den Brennstoff oder außerhalb
des Kanals angeordnet sein.
-
Des Weiteren ist es erfindungsgemäß vorteilhaft,
dass der längs
verlaufende Brennstoffkanal einen Durchmesser von 10 bis 15 mm hat.
-
Endungsgemäß sind in jedem Loch für die Einsprtzeinheiten
nur zwei Flächen
für die
Abdichtung mit an den Einspritzeinheiten befestigten O-Ringen vorgesehen:
eine oberhalb und eine unterhalb der Einlass- und Auslassöffnungen
für den
längs verlaufenden
Brennstoffkanal.
-
BESCHRE IBUNG
DER ABBILDUNGEN:
-
Es folgt eine detaillierte Beschreibung
der Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen, welche
folgende Bedeutung haberi:
-
1 zeigt
ein Fließschema
des Brennstoffs bei einem Zylinderkopf nach dem Stand der Technik;
-
2 zeigt
in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt
aus dem Fließschema
entsprechend 1, jedoch
mit einem Zylinderkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung;
und
-
3 zeigt
eine Draufsicht eines Zylinderkopfs entsprechend der vorliegenden
Erfindung sowie einen Längsschnitt
und einen Querschnitt des Zylinderkopfs entlang der Linien B-B und
A-A.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM:
-
1 zeigt
schematisch und in Schnittdarstellung einen Zylinderkopf 1.
In diesem vorliegenden Fall sind im Zylinderkopf sechs Löcher angeordnet,
in denen jeweils eine Einspntzeinheit 2 enthalten ist. Diese
Einspritzeinheiten 2 werden über zwei Kanäle 3 und 4 mit
Brennstoff versorgt. Der Kanal 3 ist der Hauptzufuhrkanal,
wogegen der Kanal 4 für überschüssigen Brennstoff
vorgesehen ist. Mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Nockenwelle
wird ein Kolben durch einen Stift 5 gegen eine Federkraft
nach unten in die Einspritzeinheit 2 gedrückt und
verursacht die Einspritzung. Die Menge des eingespntzten Brennstoffs
sowie der Zeitpunkt dieser Einspntzung wird durch die schematisch
dargestellte Ventilanordnung 6 gesteuert. Wenn sich der
Kolben in der Einspritzeinheit 2 nach oben bewegt, wird
Brennstoff über eine Öffnung in
der Zylinderwand oder eine geeignete Ventilanordnung in diese Einheit
gesogen.
-
Es ist wichtig, dass die Brennstoffflüsse im Zylinderkopf 1 in
geregelter Weise getrennt gehalten werden, weshalb drei O-Ringe 7 in
Aussparungen der Einheiten 2 angeordnet sind. Diese O-Ringe 7 befinden
sich über
dem Kanal 4, unter dem Kanal 3 und zwischen diesen
beiden Kanälen.
-
Der Druck innerhalb des Brennstoffsystems wird
mit Hilfe einer Pumpe 8 erzeugt, die über einen Filter 9 und
eine Leitung 10 den Brennstoff in den Zylinderkopf 1 presst.
Der Druck im Inneren der Leitung 10 kann in der Größenordnung
von 3 bis 4 Bar liegen und wird durch ein Ventil 11 geregelt.
Der Brennstoff, der gegen den Druck im Drucksteuerungsventil 11 ausfließt, gelangt über die
Leitung 12 wieder zurück in
die Pumpe B. Von der Pumpe 8 verläuft außerdem eine Leitung 13 zum
Brennstofftank 14, aus dem Brennstoff durch die Leitung 15 angesaugt
und über eine
Kühlanordnung 16 mit
dem ausgehenden Fluss vom Zylinderkopf 1 am Druckventil 11 vereinigt
wird.
-
Die Brennstoffmenge, die durch die
Leitung 12 gepumpt wird, ist viel größer als die verbrauchte Brennstoffmenge
und liegt in der Größenordnung zwischen 2 und 12 Litem
pro Minute. Die Brennstoffmenge, die vom Brennstofftank 14 über die
Leitung 15 angesaugt wird, liegt in der Größenordnung
zwischen 0,2 und 1,5 Litem pro Minute. Die Leitung 13 und
das Drosselventil 21 bilden eine Anordnung zur Entfernung
möglichen
Gases aus dem System.
-
Die langen Kanäle 3 und 4,
deren Länge
in der Größenordnung
von 1 m liegen kann, werden üblicherweise
von jedem Ende aus mit einem Tieflochbohrer gebohrt. Es ist von äußerster
Wichtigkeit, dass die beiden Kanäle 3 und 4 präzise an
der vorgesehenen Stelle in den Löchern
für die
Brennstoffeinspntzeinheiten 2 enden. Das ist natürlich schwierig zu
bewerkstelligen, da die Kanäle
sowohl lang als auch eng sind, üblicherweise
1 m lang und 9,5 mm breit. Um zu gewährleisten, dass die Auslässe in die Löcher für die Brennstoffeinspntzeinheiten 2 frei
von Spänen
sind, müssen
sie entgratet werden. Es gibt zwei Kanäle 3 und 4 sowie
drei O-Ringe 7, wodurch das Entgraten und die anschließende Feinbearbeitung
ziemlich kostenintensiv werden.
-
Nach dem Stand der Technik, der in 1 dargestellt ist, erfolgt
die Brennstoffzufuhr über
die Hinterseite des Zylinderkopfs. Wenn die Brennkraftmaschine in
ein Fahrzeug eingebaut wird und dabei – wie üblich – nicht horizontal angeordnet,
sondern leicht nach hinten geneigt ist, wird es schwierig, das gesamte
im System enthaltene Gas auszuleiten, da es nach den Naturgesetzen
versucht, zum höchsten Punkt
innerhalb der Brennkraftmaschine zu gelangen. Das führt in manchen
Fällen
zu Schwierigkeiten beim Ablassen von Gas aus dem System im Zusammenhang
mit Reparaturen usw., wenn das System geleert oder gefüllt wird.
In 1 befindet sich die Hinterseite
des Zylinderkopfs 1 auf der rechten Seite der Abbildung.
-
In 2 ist
eine Brennstoffzufuhranordnung mit einem Zylinderkopf 1 entsprechend
der vorliegenden Erfindung in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Bezugsziffem
in dieser Abbildung entsprechen bei gleichen Elementen den Bezugsziffern
aus 1. Der Unterschied
zwischen dem Zylinderkopf in dieser Abbildung und dem in 1 gezeigten Zylinderkopf
nach dem Stand der Technik besteht darin, dass hier der Zylinderkopf 1 nur
einen einzigen Brennstoffzufuhrkanal 17 aufweist. Dadurch
wird die Konstruktion des Zylinderkopfs vereinfacht. Damit wird
nur eine einzige Durchflussrichtung für den Brennstoff erreicht,
und es werden nur zwei O-Ringe 7 benötigt: einen auf jeder Seite
des Brennstoffkanals 17.
-
Die Zufuhr von Brennstoff zum Zylinderkopf 1 erfolgt
in diesem Fall an der Hinterseite des Zylinderkopfs 1 über die
Leitung 10, und überschüssiger Brennstoff
wird an der Vorderseite entnommen, wo sich das Brennstoffdruckventil 11 befindet.
Da gemäß der vorliegenden
Erfindung nur ein einziger Kanal 17 erforderlich ist, kann
dieser Kanal mit einem größeren Durchmesser
hergestellt werden, als wenn zwei Kanäle 3 und 4 gebohrt
werden müssten.
Der Durchmesser des Kanals 17 beträgt üblicherweise 12,5 mm, kann
jedoch zwischen 10 und 15 mm liegen. Das liegt daran, dass nur ein
einziger Kanal vorhanden ist, was natürlich weniger Platz beansprucht,
als wenn zwei Kanäle
hergestellt werden müssten. Wenn
nach dem Stand der Technik zwei Kanäle 3 und 4 hergestellt
werden, so müssen
diese einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen, damit eine ausreichende
Materialstärke
zwischen ihnen erhalten bleibt. Das führt zu der Tatsache, dass andere Kanäle – wie beispielsweise
die Luftkanäle
für die Verbrennungsluft
und die Abgaskanäle,
die ebenfalls eine bestimmte Wandstärke im Verhältnis zu ihrer Umgebung aufweisen
müssen – so hergestellt
werden müssen,
dass sie keinen optimalen Fluss. der Luft und der Abgase bieten.
Bei der Anordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung mit nur
einem einzigen Kanal 17 steht mehr Platz für diese
Verbrennungsluft- und Abgaskanäle
und auch für
die Kühlkanäle, die üblicherweise
im Zylinderkopf 1 vorgesehen sind, zur Verfügung.
-
Das Drucksteuerungsventil kann direkt
im Zylinderkopf 1 montiert werden. Es ist natürlich möglich, es
an einer anderen Stelle anzuordnen, die ebenfalls in Verbindung
mit einer geeigneten Rohr- oder Schlauchleitung steht. Da damit
das Druckventil und der Brennstoffkanal nicht auf der Vorderseite
des üblicherweise
leicht nach hinten geneigten Zylinderkopfs 1 angeordnet
sein müssen,
wird auch das Problem im Zusammenhang mit Luft im Brennstoffkanal gelöst, da diese
Luft problemlos an der Vorderseite entweichen kann, die den höchsten Punkt
innerhalb des Systems bildet.
-
3 zeigt
ausschließlich
den Zylinderkopf 1 in einer Draufsicht und in Schnittdarstellungen
entlang den Linien B-B und A-A. In den Zylinderkopf 1 werden
sechs Löcher 18 gebohrt
oder auf andere Weise eingearbeitet, und diese Löcher enden in einer Öffnung 19,
durch welche die Brennstoffeinspritzeinheit in den Hohlraum der
Brennkraftmaschine ragt. An beiden Enden des Zylinderkopfs 1 sind
quer liegende Brennstoffkanäle 20 angeordnet.
Diese Querkanäle 20 sind
so ausgelegt, dass die Zufuhr von Brennstoff auf verschiedene Weisen
erreicht werden kann. Es können
ein oder zwei Kanäle 20 verwendet werden,
und die anderen können
verschlossen werden, oder es können
alle verschlossen und der Brennstoff direkt in den Kanal 17 eingespeist
werden.
-
Mit der vorliegenden Erfindung werden
verschiedene Vorzüge
im Vergleich zu den Zylinderköpfen
erreicht, die entsprechend dem Stand der Technik gefertigt wurden
und zwei enge Kanäle
aufweisen. Es ist problemlos möglich,
den Kanal in Längsrichtung
des Zylinderkopfs zu bohren, es können aber auch Herstellungsverfahren
wie Formpressen oder alternative Bearbeitungsvertahren verwendet
werden. Der Zylinderkopf entsprechend der vorliegenden Erfindung
weist auch eine größere Kompatibilität gegenüber anderen
Systemen auf, da die Brennstoffzufuhr auch seitlich oder von oben
erfolgen kann.
-
Durch präzise Anordnung eines Brennstoffkanals
mit einer Größe von 10
bis 15 mm im Zylinderkopf wird eine Konstruktion der Einlass- und
Auslasskanäle
im Motor mit minimalen Flussstörungen
möglich.
Das kann zur Verbesserung der Motoreffizienz beitragen.
-
Die Ausschusshäufigkeit infolge der Tatsache,
dass die Bohrrichtung der Kanäle 3 und 4 nicht präzise eingehalten
werden kann, ist eliminiert. Die zum Herstellen eines Kanals benötigte Zeit
ist kürzer als
bei der Herstellung von zwei Kanälen,
und geringere Gesamtfertigungskosten können erreicht werden. Die Anzahl
der Entgratungspunkte in jedem Einspitzloch wird halbiert, was zu
einer verkürzten
Fertigungszeit und damit zu geringeren Fertigungskosten führt. Durch
nur einen einzigen Brennstoffkanal und eine solchen Motoranordnung,
dass der Brennstoffauslass im Vorderteil des Zylinderkopfs liegen
kann, können
mögliche
Gase ordnungsgemäß abtransportiert
werden. Damit wird der Umgang mit der Brennkraftmaschine, beispielsweise
im Zusammenhang mit Reparaturen, wesentlich vereinfacht. Die Brennkraftmaschine
kann in diesem Fall problemlos eine leicht nach hinten geneigte
Position einnehmen. Bei nur einem Kanal, der beispielsweise einen
Durchmesser von 12,5 mm und eine Länge von 1 m hat, wird eine
kleinere Fläche
der Wärmeübertragung ausgesetzt,
konkret ungefähr
39.000 mm2 im Vergleich zu zwei Kanälen mit
einem Durchmesser von 9,5 mm, wodurch eine Fläche von ungefähr 60.000 mm2 der Wärmeübertragung
ausgesetzt war. Durch die Verringerung der Fläche wird eine geringere Wärmeübertragung
erzielt, wodurch eine geringere Beeinflussung der Brennstoffeigenschaften
erreicht wird. Die Gefahr von Betriebsstörungen und Schäden an Komponenten
des Brennstoffsystems wird dadurch vermindert.
-
Die Endung ist nicht auf die exemplarisch
beschriebene Ausführungsform
beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche auf verschiedene Weise
variiert werden.