-
Technisches Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem gerichtet,
und insbesondere auf ein Brennstoffsystem mit einer Verbindung mit
einem einteiligen hohlen Rohr.
-
Hintergrund
-
Brennstoffsysteme
setzen typischerweise mehrere Brennstoffeinspritzvorrichtungen ein,
um Hochdruckbrennstoff in die Brennkammern eines Motors einzuspritzen.
Dieser Hochdruckbrennstoff wird zu den Brennstoffeinspritzvorrichtungen über eine
Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung geliefert, die am Motor
befestigt ist, und über einzelne Brennstoffleitungen, die
zwischen der Common-Rail und den Brennstoffeinspritzvorrichtungen
angeschlossen sind. Wegen der Geometrie des Motors und/oder anderer
Komponenten, die mit dem Motor assoziiert sind, weisen die Brennstoffleitungen
typischerweise Biegungen auf und müssen aus einem dünnwandigen
Material hergestellt werden, welches Biegevorgängen, die
es während der Fabrikation erfährt, ohne Risse
widerstehen kann. Obwohl sie für viele Anwendungen geeignet
ist, kann eine solche Brennstoffsystemkonfiguration nicht für
Anwendungen mit höherem Druck geeignet sein. Insbesondere ist
die Festigkeit des Materials, welches verwendet wird, um die Common-Rail
und die Brennstoffeinspritzvorrichtung zu verbinden, ein begrenzender Faktor
für den maximalen Betriebsdruck dieser Brennstoffsysteme.
-
In
einigen Konfigurationen wird eine hochfeste Komponente verwendet,
um einen Teil der Leitung zwischen der Common-Rail und der Brennstoffeinspritzvorrichtung
zu formen, wobei der restliche Teil der Brennstoffleitung aus herkömmlichen
Brennstoffleitungen gemacht ist. Ein solches Brennstoffsystem wird
im
US-Patent 5 775 303 (dem
'303-Patent ) beschrieben,
welches an Sweetland und Andere am 7. Juli 1998 erteilt wurde. Das
'303-Patent beschreibt eine
Hochdruckbrennstoffleitungsverbindungsanordnung, die eine Brennstoffleitung,
eine Brennstoffeinspritzvorrichtung und einen langgestreckten Brennstoffleitungsadapter aufweist,
der Brennstoff von der Brennstoffleitung zur Brennstoffeinspritzvorrichtung
leitet. Der Brennstoffleitungsadapter ist in eine abgewinkelte Bohrung
innerhalb des Zylinderkopfes eingeführt und an einem Ende
durch eine Vertiefung aufgenommen, die in einem äußeren Teil
der Einspritzdüse ausgeformt ist, und zwar in einem Bereich
der Einspritzdüse zur Aufnahme des Hochdruckbrennstoffes
zur Einspritzung. Eine Rohrmutter, die um die Brennstoffleitung
herum positioniert ist, ist verschraubbar mit dem Zylinderkopf in Eingriff,
so dass die Brennstoffleitungsanordnung in einer gesicherten bzw.
festgelegten Position ist, und derart, dass eine Druckkraft das
vordere Ende der Brennstoffleitung mit dem zweiten Ende des Brennstoffleitungsadapters
koppelt.
-
Obwohl
das Brennstoffsystem des
'303-Patentes eine
hochfeste Komponente für einen Teil der Leitung von der
Brennstoff-Rail zur Brennstoff-Einspritzvorrichtung vorsehen kann,
kann der Betriebsdruck von Brennstoffsystemen, die eine solche Anordnung
enthalten, immer noch durch die Festigkeit der Brennstoffleitungskomponente
eingeschränkt sein, die im Rest der Brennstoffleitung zu
finden ist. Weiterhin erfordert die in dem
'303-Patent beschriebene Konfiguration
eine einzige Verbindung zwischen der Brennstoffleitung und dem Brennstoffleitungsadapter.
Insbesondere kann die einzelne Verbindung zwischen der Brennstoffleitung
und dem Brennstoffleitungsadapter eine Stelle vorsehen, an der eine
Leckage auftreten kann.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Ein
Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Brennstoffsystem
für einen Motor gerichtet, der einen Zylinderkopf mit einer
ersten Bohrung und einer zweiten Bohrung hat, welche die erste Bohrung schneidet.
Das Brennstoffsystem kann eine Common-Rail und eine Brennstoffeinspritzvorrichtung aufweisen,
die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist und zumindest teilweise innerhalb
der ersten Bohrung aufgenommen ist. Das Brennstoffsystem kann auch
ein einteiliges hohles Rohr aufweisen, welches sich linear von der
Common-Rail zur Brennstoffeinspritzvorrichtung durch die zweite
Bohrung erstreckt. Das einteilige hohle Rohr ist konfiguriert, um
Hochdruckbrennstoff von der Common-Rail zur Brennstoffeinspritzvorrichtung
zu übertragen.
-
Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist auf ein Verfahren
zur Montage eines Brennstoffsystems für einen Motor gerichtet.
Das Verfahren weist auf, ein erstes Ende eines einteiligen hohlen
Rohrs innerhalb einer zweiten Bohrung innerhalb eines Zylinderkopfes
zu positionieren. Das Verfahren weist auch auf, das erste Ende des
hohlen Rohrs mit einer Brennstoffeinspritzvorrichtung zu koppeln,
die mit dem Zylinderkopf gekoppelt ist. Das Verfahren weist auch
auf, ein zweites Ende des hohlen Rohrs mit einem Anschluss an einer
Common-Rail bzw. gemeinsamen Druckleitung zu koppeln.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische und diagrammartige Darstellung eines beispielhaften
offenbarten Antriebssystems; und
-
2 ist
eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines beispielhaften offenbarten
Brennstoffsystems für ein Antriebssystem.
-
Detaillierte Beschreibung
-
1 veranschaulicht
ein Antriebssystem 5 mit einem Verbrennungsmotor 10,
der mit einem beispielhaften Ausführungsbeispiel eines
Brennstoffsystems 12 verbunden ist. Der Fachmann wird erkennen,
dass der Motor 10 irgendeine Art eines Verbrennungsmotors
sein kann, wie beispielsweise ein Dieselmotor, ein Benzinmotor,
ein mit gasförmigem Brennstoff angetriebener Motor, ein
Schwerbrennstoffmotor oder irgendeine andere Bauart eines Motors,
die der Fachmann kennt.
-
Der
Motor 10 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der
eine Vielzahl von Zylindern 16 definiert, einen Kolben 18,
der verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 16 angeordnet
ist, und einen Zylinderkopf 20, der mit jedem Zylinder 16 assoziiert
ist. Der Zylinder 16, der Kolben 18 und der Zylinderkopf 20 bilden eine
Brennkammer 22. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist der Motor 10 sechs Brennkammern 22 auf.
Jedoch kann der Motor 10 eine größere
oder geringere Anzahl von Brennkammern 22 aufweisen. Weiterhin
können die Brennkammern 22 in einer ”Reihenkonfiguration”,
in einer ”V-Konfiguration” oder in irgendeiner
anderen geeigneten Konfiguration angeordnet sein. In einigen Motorkonfigurationen
kann es getrennte Bänke von Brennkammern 22 und
assoziierten Kolben 18 und Zylindern 16 geben.
Beispielsweise kann es in einer ”V-Konfiguration” zwei
Bänke von Brennkammern 22 geben, und es kann ein
Zylinderkopf 20 mit jeder Bank assoziiert sein.
-
Wie
in 1 gezeigt, kann der Motor 10 eine Kurbelwelle 24 aufweisen,
die drehbar innerhalb des Motorblocks 14 durch eine Vielzahl
von (nicht gezeigten) Gleitlagern getragen wird. Eine Verbindungsstange
bzw. Pleuelstange 26 kann jeden Kolben 18 mit
der Kurbelwelle 24 verbinden, so dass eine Gleitbewegung
des Kolbens 18 innerhalb jedes Zylinders 16 eine
Drehung der Kurbelwelle 24 zur Folge hat. In ähnlicher
Hinsicht kann eine Drehbewegung der Kurbelwelle 24 eine
Gleitbewegung des Kolbens 18 zur Folge haben.
-
Das
Brennstoffsystem 12 kann Komponenten aufweisen, die Einspritzungen
von unter Druck gesetztem Brennstoff in jede Brennkammer 22 des Motors 10 liefern.
Insbesondere kann das Brennstoffsystem 20 einen Tank 28 aufweisen,
der konfiguriert ist, um eine Brennstoffversorgung bzw. einen Brennstoffvorrat
zu enthalten, und eine Brennstoffpumpanordnung 30, die
konfiguriert ist, um Brennstoff unter Druck zu setzen und den unter
Druck gesetzten Brennstoff zu einer Vielzahl von Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 über
eine Common-Rail oder Sammelleitung 34 zu leiten.
-
Die
Brennstoffpumpanordnung 30 kann eine oder mehrere Pumpvorrichtungen
aufweisen, die dahingehend wirken, dass sie den Druck des Brennstoffes
steigern und einen oder mehrere Ströme von unter Druck
gesetztem Brennstoff zur Common-Rail 34 leiten. In einem
Beispiel kann die Brennstoffpumpanordnung 30 eine Niederdruckquelle 36 und
eine Hochdruckquelle 38 aufweisen, die in Reihe angeordnet
sind und durch eine Brennstoffleitung 40 verbunden sind.
Die Niederdruckquelle 36 kann eine Transferpumpe verkörpern,
die konfiguriert ist, um eine Niederdruckeinspeisung zur Hochdruckquelle 38 zu
liefern. Die Hochdruckquelle 38 kann konfiguriert sein,
um die Niederdruckeinspeisung aufzunehmen und den Druck des Brennstoffes
zu steigern.
-
Die
Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 können
betriebsmäßig mit dem Motor 10 verbunden
sein und von der Kurbelwelle 24 angetrieben werden.
-
Die
Niederdruckquelle 36 und/oder die Hochdruckquelle 38 können
mit der Kurbelwelle 24 in irgendeiner Weise verbunden sein,
die dem Fachmann offensichtlich ist, wobei eine Drehung der Kurbelwelle 24 eine
entsprechende Drehung einer Pumpenantriebswelle 42 zur
Folge haben wird. Beispielsweise ist eine Pumpenantriebswelle 42 der
Hochdruckquelle 38 in 1 derart
gezeigt, dass sie mit der Kurbelwelle 24 durch einen Getriebestrang
bzw. Zahnradantriebsstrang 44 verbunden ist. Es wird jedoch
in Betracht gezogen, dass die Niederdruckquelle 36 und/oder
die Hochdruckquelle 38 alternativ elektrisch, hydraulisch,
pneumatisch oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise angetrieben
sein kann.
-
Die
Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können in
einer ersten Bohrung 46 innerhalb der Zylinderköpfe 20 angeordnet
sein und mit der Common-Rail 34 durch eine Vielzahl von
einteiligen hohlen Rohren 48 verbunden sein. Jede Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 kann
betreibbar sein, um eine Menge von unter Druck gesetztem Brennstoff
in eine assoziierte Brennkammer 22 zu vorbestimmten Zeitpunkten,
mit vorbestimmten Brennstoffdrücken und mit vorbestimmten
Brennstoffflussraten einzuspritzen. Die Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 können hydraulisch,
mechanisch, elektrisch oder pneumatisch betätigt sein.
-
Die
Common-Rail 34 kann konfiguriert sein, um Brennstoff zu
den Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 zu verteilen, und
sie kann einen Einlass 50 in Verbindung mit der Brennstoffleitung 40 aufweisen, Es
wird in Betracht gezogen, dass mehrere Common-Rails bzw. gemeinsame
Druckleitungen 34 in dem Antriebssystem 5 vorgesehen
sein können, wobei jede Common-Rail 34 Brennstoff
zu Brennstoffeinspritzvorrichtungen 32 verteilt, die mit
getrennten Bänken von Brennkammern 22 assoziiert.
-
Mit
Bezug auf 2 ist ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel
von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 veranschaulicht,
die mit einer gemeinsamen Sammelleitung 34 assoziiert ist.
Das Brennstoffsystem 12 kann ein einteiliges hohles Rohr 48 aufweisen,
welches sich linear von der Common-Rail 34 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 erstreckt. Das
hohle Rohr 48 kann durch eine zweite Bohrung 52 im
Zylinderkopf 20 laufen. Das hohle Rohr 48 kann
konfiguriert sein, um Brennstoff von der Common-Rail 34 zur
Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu übermitteln.
Es wird in Betracht gezogen, dass das hohle Rohr 48 wärmebehandelt
sein kann. Es wird weiter in Betracht gezogen, dass das hohle Rohr 48 aus
einem Wandmaterial aufgebaut sein kann, welches relativ zum Innendurchmesser
des hohlen Rohrs 48 dick ist. Beispielsweise kann das Wandmaterial
des hohlen Rohrs 48 dicker sein als der Innendurchmesser
des hohlen Rohrs 48, wie in 2 veranschaulicht.
Zusätzlich kann das hohle Rohr 48 aus einem Material
mit einer Festigkeit aufgebaut sein, die ausreicht, um Drücken
von bis zu 300 MPa zu widerstehen. Beispielsweise kann das Material
des hohlen Rohrs 48 Stahl mit mittlerem oder hohem Kohlenstoffgehalt
sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Das hohle
Rohr 48 kann verschiedene Querschnittsformen aufweisen.
Beispielsweise kann das hohle Rohr 48 einen Querschnitt
aufweisen, der kreisförmig, oval oder rechteckig ist oder
irgendeine andere Form hat.
-
Die
Common-Rail 34 und die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 können
konfiguriert sein, um eine Vielzahl von hohlen Rohren 48 aufzunehmen. Beispielsweise
kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 eine erste konische
konkave Sitzfläche 56 aufweisen. Die Common-Rail 34 kann
eine Vielzahl von Anschlüssen 54 mit einer zweiten
konischen konkaven Sitzfläche 57 aufweisen. Das
hohle Rohr 48 kann ein erstes Ende 58 und ein
zweites Ende 60 aufweisen, die jeweilige erste und zweite
kugelförmige konvexe Dichtungsflächen 62, 63 haben.
Während der Montage kommen die kugelförmigen konvexen
Dichtungsflächen 62, 63 des hohlen Rohrs 48 mit den
konischen konkaven Sitzflächen 56, 58 mit
flachem Winkel des Anschlusses 54 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 in
Eingriff. Während des Eingriffes können sich eine
oder beide der Oberflächen verformen und/oder geringfügig
verbiegen, und eine Dichtungsschnittstelle kann dazwischen erzeugt
werden, die auch während einer relativen Drehung oder einer
Translationsbewegung beibehalten bzw. dicht gehalten wird. Es wird
in Betracht gezogen, dass die Common-Rail 34 und die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 alternativ
konvexe kugelförmige Dichtungsflächen aufweisen
können, und dass das hohle Rohr 48 konkave konische
Sitzflächen aufweisen kann.
-
Das
hohle Rohr 48 kann einen ersten Flansch 64 und
einen ersten Flansch 65 benachbart zu den ersten bzw. zweiten
Enden 58, 60 des hohlen Rohrs 48 aufweisen.
Die Flansche 64, 65 sind konfiguriert, um mit
der ersten Lastmutter 66 bzw. mit der zweiten Lastmutter 67 in
Eingriff zu kommen, um das erste Ende 58 des hohlen Rohrs 48 mit
dem Zylinderkopf 20 zu koppeln, und um das zweite Ende 60 an der
Common-Rail 34 zu sichern. Eine geteilte sphärische
Scheibe 68 kann zwischen jedem Flansch 64, 65 und
jeder Lastmutter 66, 67 angeordnet sein. Durch
Sichern des hohlen Rohrs 48 am Zylinderkopf 20 wird
das hohle Rohr 48 gegen die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 gedrückt,
so dass die konvexe kugelförmige Dichtungsfläche 62 dichtend
mit der konkaven konischen Sitzfläche 56 der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 in
Eingriff kommt, was die Chance einer Brennstoffleckage in den Motorzylinder 16 minimiert.
-
Es
sei bemerkt, dass der Durchmesser des hohlen Rohrs 48 geringfügig
kleiner sein kann als die zweite Bohrung 52 im Zylinderkopf 20.
Dies gestattet das einfache Einführen des hohlen Rohrs 48 in
die zweite Bohrung 52 und in Kontakt mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32,
während auch ein Leckageflusspfad um das hohle Rohr 48 herum
vorgesehen wird. Irgendeine Leckage um das hohle Rohr 48 herum
kann durch die zweite Bohrung 52 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 laufen
und kann zur Brennstoffversorgung in einer Weise ablaufen, die dem Fachmann
bekannt ist.
-
Industrielle Anwendbarkeit
-
Das
Brennstoffsystem der vorliegenden Offenbarung findet breite Anwendung
in einer Vielzahl von Motorbauarten, die beispielsweise Dieselmotoren,
Benzinmotoren, mit gasförmigem Brennstoff angetriebene
Motoren und Schwerbrennstoffmotoren aufweisen. Das offenbarte Brennstoffsystem
kann in irgendeinem Motor eingesetzt werden, der eine gemeinsame
Sammelleitung zum Verteilen von unter Druck gesetztem Strömungsmittel
verwendet, und wo hohe Betriebsdrücke auftreten. Die Montage
des Brennstoffsystems wird nun beschrieben.
-
Während
der Montage kann die Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 in
einer ersten Bohrung 46 im Zylinderkopf 20 angeordnet
werden und ein einteiliges hohles Rohr 48 kann durch eine
zweite Bohrung 52 im Zylinderkopf 20 angeordnet
werden, so dass das hohle Rohr 48 in Kontakt mit der Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 ist.
Die erste konvexe kugelförmige bzw. sphärische
Dichtungsfläche 62 kann mit der ersten konkaven
konischen Sitzfläche 56 in Eingriff sein. Die
zweite konvexe kugelförmige Dichtungsfläche 63 kann
mit der zweiten konkaven konischen Sitzfläche 57 in
Eingriff kommen, wenn die Common-Rail 34 an die Position
bewegt wird. Um das hohle Rohr 48 an der Position relativ
zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 und zur Common-Rail 34 zu
halten, können die Flansche 64, 65 benachbart
zu den Enden 58, 60 des hohlen Rohrs 48 mit
den Lastmutter 66, 67 in Eingriff kommen, so dass
das hohle Rohr 48 mit dem Zylinderkopf 20 und
der Common-Rail 34 gekoppelt ist. Die erste konvexe kugelförmige
Dichtungsfläche 62 kann konfiguriert sein, um
dichtend mit der ersten konkaven konischen Sitzfläche 56 in
Eingriff zu kommen, wenn das hohle Rohr 48 am Zylinderkopf 20 befestigt
ist. Nach der Montage des Brennstoffsystems 12 am Motor 10 kann
eine lineare Leitung vorgesehen sein, um Hochdruckbrennstoff von
der Common-Rail 34 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 zu
leiten.
-
Das
Brennstoffsystem 12 kann eine hochfeste Leitung vorsehen,
die Betriebsdrücke für Hochdruckanwendungen unterstützt.
Insbesondere weil das einteilige hohle Rohr 48 sich linear
von der Common-Rail 34 zur Brennstoffeinspritzvorrichtung 32 erstreckt,
kann es aus einem dickwandigen wärmebehandelten hochfesten
Material hergestellt werden, welches gestattet, dass unter Druck
gesetzter Brennstoff sicher durch das hohle Rohr 48 läuft.
Das hohle Rohr 48 kann fähig sein, Brennstoffdrücken
von bis zu 300 MPa zu widerstehen.
-
Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Brennstoffsystem vorgenommen werden
können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Andere
Ausführungsbeispiele werden dem Fachmann aus einer Betrachtung
der Beschreibung und einer praktischen Ausführung der hier
offenbarten Ausführungsbeispiele offensichtlich werden.
Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung und die Beispiele nur
als beispielhaft angesehen werden, wobei ein wahrer Umfang der Offenbarung
durch die folgenden Ansprüche gezeigt wird.
-
Zusammenfassung
-
Ein
Brennstoffsystem für einen Motor wird offenbart. Das Brennstoffsystem
weist eine Common-Rail bzw. gemeinsame Druckleitung und einen Zylinderkopf
mit einer ersten Bohrung und einer zweiten Bohrung auf, die die
erste Bohrung schneidet. Eine Brennstoffeinspritzvorrichtung ist
mit dem Zylinderkopf gekoppelt und zumindest teilweise in der ersten
Bohrung aufgenommen. Das Brennstoffsystem weist auch ein einteiliges
hohles Rohr auf, welches sich linear von der Common-Rail zur Brennstoffeinspritzvorrichtung
durch die zweite Bohrung erstreckt. Das einteilige hohle Rohr ist
konfiguriert, um Hochdruckbrennstoff von der Common-Rail zur Brennstoffeinspritzvorrichtung
zu leiten.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 5775303 [0003, 0003, 0003, 0004, 0004]