DE69708542T2 - Injection internal combustion engine - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einspritz- Brennkraftmaschine, insbesondere, aber nicht ausschließlich mit Kompressionszündung, zur Verwendung in Nutzfahrzeugen.The present invention relates to an injection internal combustion engine, in particular but not exclusively with compression ignition, for use in commercial vehicles.
In bekannter Art und Weise sind die Injektoren in dem Maschinenkopf angebracht, vorzugsweise in einer Lage koaxial zu dem entsprechenden Zylinder, wobei die Verneblereinheit so angeordnet ist, dass sie durch eine Wand des Kopfes hindurchtritt, welche die Oberseite der Verbrennungskammer begrenzt. Der Injektor erstreckt sich axial in den Stößelraum zwischen den Federn der Ventile, welche unten an einer Anschlagplatte oder Federplatte gelagert sind, welche an dem Kopf befestigt ist oder einen integralen Teil des Kopfes bildet.In known manner, the injectors are mounted in the engine head, preferably in a position coaxial with the corresponding cylinder, the nebulizer unit being arranged to pass through a wall of the head which delimits the top of the combustion chamber. The injector extends axially into the tappet space between the springs of the valves which are supported at the bottom on a stop plate or spring plate which is fixed to the head or forms an integral part of the head.
Der Injektor ist im Allgemeinen mit einer Befestigung für ein Verbindungselement einer Hochdruck-Brennstoff-Zuführleitung sowie einer Sammelleitung für Brennstoff versehen, welcher von dem Injektor zurück zu dem Tank fließt.The injector is generally provided with a mounting for a connector of a high pressure fuel supply line and a collecting line for fuel which flows from the injector back to the tank.
Die Befestigung erstreckt sich integral mittels einer Schnappverbindung von dem Körper des Injektors und ist im oberen Bereich des Injektors angeordnet, d. h. oberhalb der Federplatte.The attachment extends integrally from the body of the injector by means of a snap connection and is located in the upper part of the injector, i.e. above the spring plate.
Motoren der oben kurz beschriebenen Art haben bestimmte Nachteile.Engines of the type briefly described above have certain disadvantages.
Die Befestigung und die entsprechende Zuführverbindung nehmen insbesondere zusätzlichen Raum in einem Bereich wie dem Stößelraum ein, in welchem der verfügbare Raum bereits sehr gering ist aufgrund der Baugröße der Ventilfedern, des Injektorkörpers und der entsprechenden Befestigungsklammer.The fastening and the corresponding supply connection take up additional space in particular in an area such as the tappet chamber, where the available space is already very limited due to the size of the valve springs, the injector body and the corresponding fastening bracket.
Dies schafft offensichtlich sehr begrenzte Ausgestaltungsmöglichkeiten.This obviously creates very limited design options.
Die Hochdruck- und Niederdruckleitungen müssen außerdem von dem Stößelraum her vorstehen, wodurch es notwendig wird, externe Öldichtungen zu verwenden, wodurch wiederum Probleme bezüglich des Anbringens und Abbauens der Abdeckung auftreten.The high and low pressure lines must also protrude from the tappet chamber, making it necessary to use external oil seals, which in turn creates problems with the installation and removal of the cover.
Außerdem kann keine Befestigung für den Zuführverbinder der herkömmlichen Art in dem Bereich des Kopfes unterhalb der Federplatte vorgesehen sein; dies würde es notwendig machen, die Ventilsteuereinheit auszubauen, wenn der Injektor entfernt werden müsste, da die Befestigung ein axiales Entfernen des Injektors nicht erlauben würde.Furthermore, no fastening for the feed connector of the conventional type can be provided in the area of the head below the spring plate; this would make it necessary to remove the valve control unit if the injector had to be removed, since the fastening would not allow axial removal of the injector.
Es sind auch Lösungen bekannt, in welchen die Brennstoffzuführleitung unterhalb der Federplatte zugänglich ist: in diesem Fall kann, um zu ermöglichen, dass der Injektor ausgebaut wird, die Befestigung für die Verbindung der Zuführleitung nicht an dem Injektor selbst vorgesehen sein, sondern sie muss an dem Kopf vorgesehen sein, wobei ein rohrförmiger Abstandshalter in undurchlässiger Art und Weise zwischen dem Zuführleitungsverbinder und der Einlassöffnung des Injektors vorgesehen ist. Diese Lösung kann jedoch nicht in Fällen verwendet werden, in welchen der Kopf aus einer Leichtmetalllegierung besteht, da ein wiederholtes Anbringen und Abbauen des Verbinders die Befestigung beschädigen würde.Solutions are also known in which the fuel feed line is accessible below the spring plate: in this case, in order to allow the injector to be dismantled, the fastening for connecting the feed line cannot be provided on the injector itself, but must be provided on the head, with a tubular spacer provided in an impermeable manner between the feed line connector and the inlet opening of the injector. However, this solution cannot be used in cases in which the head is made of a light metal alloy, since repeated fitting and dismantling of the connector would damage the fastening.
FR-A-1 318 701 offenbart eine Einspritz-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Brennstoff- Recyclingkreis ist dort jedoch nicht offenbart.FR-A-1 318 701 discloses an injection internal combustion engine according to the preamble of claim 1. However, a fuel recycling circuit is not disclosed therein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einspritz-Brennkraftmaschine zu schaffen, welche es möglich macht, die Nachteile und Beschränkungen zu vermindern, die mit den oben beschriebenen bekannten Motoren verbunden sind.The object of the present invention is to provide an injection internal combustion engine which makes it possible to reduce the disadvantages and limitations associated with the known engines described above.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Einspritz- Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 1.This object is achieved by an injection internal combustion engine according to claim 1.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben als nicht begrenzendes Beispiel mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, in welchen:For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment will now be described as a non-limiting example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein Querschnitt durch einen Kopf einer Einspritz- Brennkraftmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist;Fig. 1 is a cross-section through a head of an injection internal combustion engine according to the present invention;
Fig. 2 ein Detail aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab zeigt, wobei einige Teile aus Klarheitsgründen weggelassen sind; undFig. 2 shows a detail of Fig. 1 on an enlarged scale with some parts removed for clarity; and
Fig. 3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie III-III aus Fig. 1 ist.Fig. 3 is a cross-sectional view along the line III-III of Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine Einspritz-Brennkraftmaschine (teilweise dargestellt) allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet.In Fig. 1, an injection internal combustion engine (partially shown) is generally designated by the reference numeral 1.
Die Maschine 1 weist einen Block (nicht dargestellt) auf, welcher mehrere Zylinder (nicht dargestellt) definiert, und einen Kopf 2, welcher vorzugsweise durch Schmelzformen aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist.The machine 1 comprises a block (not shown) defining a plurality of cylinders (not shown) and a head 2 preferably made by melt molding from an aluminum alloy.
Die Maschine 1 weist vier Ventile 3 pro Zylinder auf, welche in bekannter Art und Weise in dem Kopf aufgenommen und geführt sind. Die Ventile werden mittels einer ebenfalls bekannten Ventilsteuereinheit 5 gesteuert, und zwar mit Nocken und Kurbelschwingen, aufgenommen in einem Nockenstößelraum 6, welcher in dem Kopf 2 vorgesehen ist. Die Ventile 3 werden durch entsprechende Federn 7 normalerweise geschlossen gehalten, welche an einer Platte 8 oder Federplatte gelagert sind, welche an einer Wand 9 des Kopfes 2 befestigt ist, welche die Unterseite des Nockenstößelraums 6 begrenzt.The engine 1 has four valves 3 per cylinder, which are housed and guided in the head in a known manner. The valves are controlled by means of a valve control unit 5, also known, with cams and crankshafts housed in a cam follower chamber 6 provided in the head 2. The valves 3 are kept normally closed by corresponding springs 7, which are mounted on a plate 8 or spring plate, which is mounted on a wall 9 of the head. 2, which limits the underside of the cam follower chamber 6.
Die Maschine 1 weist außerdem einen Injektor 10 für jeden Zylinder auf; die folgende Beschreibung bezieht sich zugunsten einer kurzen Beschreibung nur auf den Injektor 10, der in der Zeichnung dargestellt ist, da es selbstverständlich ist, dass gleiches für die anderen Injektoren gilt.The engine 1 also comprises an injector 10 for each cylinder; the following description refers only to the injector 10 shown in the drawing for the sake of brevity, it being understood that the same applies to the other injectors.
Der Injektor 10 hat einen im Wesentlichen rohrförmigen, länglichen Körper 14 mit einer Achse A, welcher einen unteren Bereich 18 aufweist, in welchem eine Verneblereinheit (nicht dargestellt) der bekannten Art untergebracht ist, sowie einen oberen Bereich 22, in welchem sich eine elektrohydraulische Steuerungseinheit (nicht dargestellt) befindet.The injector 10 has a substantially tubular, elongated body 14 with an axis A, which has a lower region 18 in which a nebulizer unit (not shown) of the known type is housed, and an upper region 22 in which an electrohydraulic control unit (not shown) is located.
Der untere Bereich 18 des Körpers 14 befindet sich in einem Gehäuse 16 des Kopfes 2 koaxial zu dem entsprechenden Zylinder, wobei ein Dichtungsring 19 dazwischen vorgesehen sein kann, und er hat eine Enddüse 20, welche diesem Zylinder gegenüberliegt; der obere Bereich 22 erstreckt sich in den Nockenstößelraum 6 zwischen den Federn 7 der Ventile 3.The lower part 18 of the body 14 is housed in a housing 16 of the head 2 coaxial with the corresponding cylinder, a sealing ring 19 being able to be provided therebetween, and it has an end nozzle 20 facing this cylinder; the upper part 22 extends into the cam follower space 6 between the springs 7 of the valves 3.
Der Injektor 10 hat an der Stelle eines Zwischenbereichs 24 des Körpers 14 eine konische Öffnung 25 zum Einlassen von Hochdruckbrennstoff sowie eine Auslassöffnung 26 für das Recycling des Brennstoffs bei niedrigem Druck. Die letztere nimmt den Brennstofffluss auf, der bei niedrigem Druck recycelt wird und der sich aus dem entlang der Verneblereinheit durchsickernden Brennstoff und aus dem Ablassfluss von der Steuereinheit entlang einem inneren längsverlaufenden Kanal 17 des Injektors 10 zusammensetzt (Fig. 2 und 3).The injector 10 has, at the location of an intermediate region 24 of the body 14, a conical opening 25 for admitting high-pressure fuel and an outlet opening 26 for recycling the fuel at low pressure. The latter receives the fuel flow that is recycled at low pressure and that is composed of the fuel seeping along the nebulizer unit and of the discharge flow from the control unit along an internal longitudinal channel 17 of the injector 10 (Figs. 2 and 3).
Der oben erwähnte Zwischenbereich 24 ist so angeordnet, dass er sich durch ein ringförmiges Klemmelement 27 hindurch erstreckt, welches mit Spiel in einem Gehäuse 28 vorgesehen ist, welches in der Wand des Kopfes 2 unterhalb der Federplatte 8 ausgebildet ist und mit dem Gehäuse 16 in Verbindung steht.The above-mentioned intermediate region 24 is arranged such that it extends through an annular clamping element 27 which is provided with play in a housing 28 which is formed in the wall of the head 2 below the spring plate 8 and is connected to the housing 16.
Das Element 27 weist integral eine Buchse 30 mit der Achse A auf, welche versehen ist mit einem axialen Durchgangshohlraum 31, in welchem der Zwischenbereich 24 des Injektors 10 angeordnet ist, sowie mit einer röhrenförmigen Hülse 32, welche sich radial mittels einer Schnappverbindung von der Buchse 30 her erstreckt und mit einer in Längsrichtung angeordneten Durchgangsöffnung 33 versehen ist, welche mit dem Hohlraum 31 bei der Zuführöffnung 25 des Injektors 10 in Verbindung steht. Ein Dichtungsring 38 ist zwischen der Buchse 30 und dem Injektor 10 oberhalb der Zuführöffnung 25 vorgesehen.The element 27 integrally comprises a bushing 30 with axis A provided with an axial through cavity 31 in which the intermediate region 24 of the injector 10 is arranged, and with a tubular sleeve 32 extending radially from the bushing 30 by means of a snap connection and provided with a longitudinally arranged through opening 33 which communicates with the cavity 31 at the feed opening 25 of the injector 10. A sealing ring 38 is provided between the bushing 30 and the injector 10 above the feed opening 25.
Die Buchse 30 hat einen unteren Bereich 34 mit reduziertem Durchmesser, welcher sich in einen unteren Abschnitt 35 mit entsprechend reduziertem Durchmesser des Gehäuses 28 erstreckt, wobei ein Dichtungsring 36 dazwischen angeordnet ist; die axiale Länge des Bereichs 34 ist geringer als die des Abschnitts 35, so dass ein unterer Bereich des letzteren frei bleibt und eine ringförmige Kammer 37 definiert wird, mit welcher die Auslassöffnung 26 des Injektors 10 in Verbindung steht.The sleeve 30 has a lower region 34 of reduced diameter which extends into a lower section 35 of correspondingly reduced diameter of the housing 28, with a sealing ring 36 arranged therebetween; the axial length of the region 34 is less than that of the section 35, so that a lower region of the latter remains free and an annular chamber 37 is defined with which the outlet opening 26 of the injector 10 is in communication.
Dem Injektor 10 ist eine Hochdruck-Brennstoff-Zuführleitung 40 zugeordnet.A high-pressure fuel supply line 40 is assigned to the injector 10.
Die Leitung 40 hat einen vergrößerten Kopf 41 mit einem nasenförmigen Endstück, welcher in im Wesentlichen undurchlässiger Art und Weise gegen die konische Öffnung 25 des Injektors 10 gezwungen wird. Diese Zwangswirkung wird durch einen röhrenförmigen Verbindet 42 erzeugt, welcher extern koaxial mit der Leitung 40 ist und ein Gewindeende 43 aufweist, welches in einen Gewindeabschnitt der Öffnung 33 hineingeschraubt ist, und welcher axial gegen den Kopf 41 zusammenwirkt. Ein Paar von Dichtungsringen 45 (Fig. 2) ist zwischen einem Zwischenbereich 44 des Verbinders 42 und einem Ende der Hülse 32 vorgesehen. Der Verbinder 42 ist so angebracht, dass er sich durch eine seitliche Öffnung 46 des Kopfes 2 hindurch erstreckt, durch welche die Leitung 40 seitwärts von der Maschine 1 her vorsteht, wobei ein Dichtungsring 48 dazwischen vorgesehen ist. Außerhalb der Wand endet der Verbinder 42 in einem sechseckigen Betätigungskopf 49, über den er mittels eines geeigneten Schraubenschlüssels ein- und ausgeschraubt werden kann.The conduit 40 has an enlarged head 41 with a nose-shaped end piece which is forced in a substantially impermeable manner against the conical opening 25 of the injector 10. This constraining effect is produced by a tubular connector 42 which is externally coaxial with the conduit 40 and has a threaded end 43 which is inserted into a threaded portion of the opening 33. and which cooperates axially against the head 41. A pair of sealing rings 45 (Fig. 2) are provided between an intermediate region 44 of the connector 42 and one end of the sleeve 32. The connector 42 is mounted so as to extend through a lateral opening 46 of the head 2 through which the conduit 40 projects sideways from the machine 1, with a sealing ring 48 provided therebetween. Outside the wall, the connector 42 terminates in a hexagonal operating head 49 over which it can be screwed in and out by means of a suitable spanner.
Die ringförmige Kammer 37 steht mit einem Brennstoff- Recyclingkanal 50 in Verbindung, welcher in dem Kopf 2 vorgesehen ist.The annular chamber 37 communicates with a fuel recycling channel 50 provided in the head 2.
Der Injektor 10 ist mittels einer an sich bekannten Klammer 54 axial in dem Gehäuse 16 verriegelt, wobei ein Ende 55 der Klammer 54 an dem Kopf 2 gelagert ist und wobei ein gegenüberliegendes, gegabeltes Ende 56 mit dem Injektor 10 zusammenwirkt, und wobei ein mittlerer Bereich 57 mit diesem Kopf mittels eines Bolzenmittels 58 befestigt ist.The injector 10 is locked axially in the housing 16 by means of a clamp 54 known per se, wherein one end 55 of the clamp 54 is mounted on the head 2 and wherein an opposite, forked end 56 cooperates with the injector 10, and wherein a central region 57 is fastened to this head by means of a bolt means 58.
Genauer gesagt wirkt das Ende 56 prismenartig mit einem Bereich 59 des Körpers 14 des Injektors 10 zusammen, welcher mit seitlichen Facetten 60 versehen ist, und es übt einen axial nach unten wirkenden Schub auf entsprechende seitliche Schultern 61 dieses Körpers aus.More precisely, the end 56 cooperates in a prism-like manner with a region 59 of the body 14 of the injector 10, which is provided with lateral facets 60, and it exerts an axially downward thrust on corresponding lateral shoulders 61 of this body.
Während des Betriebs wird der Hochdruckbrennstoff zu dem Injektor 10 über die entsprechende Leitung 40 zugeführt. Ein Lecken von Brennstoff durch den Kontaktbereich zwischen dem Kopf 41 zwischen der Leitung und der Öffnung 25 fließt zwischen dem Körper des Injektors 10 und der Öffnung 30 in die Kammer 37. Der Niederdruckbrennstoff, welcher von der Auslassöffnung 26 des Injektors 10 abgelassen wird, fließt auch in diese Kammer 37.During operation, the high pressure fuel is supplied to the injector 10 via the corresponding line 40. Any leakage of fuel through the contact area between the head 41 between the line and the opening 25 flows between the body of the injector 10 and the opening 30 into the chamber 37. The low pressure fuel discharged from the outlet opening 26 of the injector 10 also flows into this chamber 37.
Daher fließt der Brennstoff mit niedrigem Druck von der Kammer 37 in die Recyclingleitung 50, da er aufgrund der Anwesenheit der Dichtungsringe 19 und 36, welche nahe der und an gegenüberliegenden Seiten der Kammer 37 angeordnet sind, und der Dichtungsringe 38 und 45 nicht in eine andere Richtung fließen kann. Dies verhindert eine Verunreinigung des Brennstoffs und des Schmieröls in dem Nockenstößelraum 6.Therefore, the fuel flows from the chamber 37 into the recycling line 50 at low pressure because it cannot flow in any other direction due to the presence of the sealing rings 19 and 36, which are arranged near and on opposite sides of the chamber 37, and the sealing rings 38 and 45. This prevents contamination of the fuel and the lubricating oil in the cam follower chamber 6.
Die Vorteile, die mit der vorliegenden Erfindung erzielt werden, werden deutlich durch eine Untersuchung der kennzeichnenden Merkmale der Maschine 1 gemäß der vorliegenden Erfindung.The advantages achieved with the present invention become clear by examining the characteristic features of the machine 1 according to the present invention.
Insbesondere ist es als Ergebnis der Verwendung des ringförmigen Elements 27 und des Verbinders 42 möglich, die seitliche Verbindung der Leitung 40 mit dem Injektor 10 an der Stelle der Wand 9 zu erzielen, ohne dass in den Kopf geschraubte Verbindungen verwendet werden müssten und ohne dass ein Kompromiss bei der Leichtigkeit des Anbringens und Abbauens der Injektoren eingegangen werden müsste.In particular, as a result of the use of the annular element 27 and the connector 42, it is possible to achieve the lateral connection of the duct 40 to the injector 10 at the location of the wall 9, without having to use screwed connections in the head and without having to compromise on the ease of fitting and dismantling of the injectors.
Außerdem wird die Klemmkraft des Verbinders 42 nur auf das Element 27 und nicht auf den Kopf 2 ausgeübt.In addition, the clamping force of the connector 42 is only exerted on the element 27 and not on the head 2.
Aus dem oben Beschriebenen wird deutlich, dass die Erfindung insbesondere vorteilhaft (aber nicht ausschließlich) in Maschinen mit einem Kopf 2 aus leichten Metalllegierungen angewandt werden kann.From the above it is clear that the invention can be used particularly advantageously (but not exclusively) in machines with a head 2 made of light metal alloys.
Da der Injektor eine radiale Last von der Leitung 40 an der Stelle der Öffnung 25 aufnimmt und eine äquivalente und entgegengesetzte Last von der Buchse 30 an der Stelle einer entgegengesetzten Erzeugenden des Bereichs 24, ist er keiner Torsionsverformung unterworfen, welche seine Betriebsgenauigkeit beeinträchtigen könnte.Since the injector receives a radial load from the conduit 40 at the location of the orifice 25 and an equivalent and opposite load from the sleeve 30 at the location of an opposite generatrix of the region 24, it is not subject to torsional deformation which could affect its operating accuracy.
Schließlich werden der recycelte Brennstoff und Leckagebrennstoff in einer einzigen Kammer gesammelt, was eine Vereinfachung des Recyclingkreises ermöglicht.Finally, the recycled fuel and leakage fuel are collected in a single chamber, allowing a simplification of the recycling loop.
Selbstverständlich können Modifikationen und Variationen an der oben beschriebenen Maschine 1 vorgenommen werden, vorausgesetzt, dass sie nicht aus dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung führen.Of course, modifications and variations can be made to the machine 1 described above, provided that they do not depart from the scope of the present invention.
Beispielsweise kann als Injektor 10 irgendein Injektor vorgesehen sein, insbesondere ein Elektroinjektor, welcher für ein System mit gemeinsamer Druckleitung ("common rail") geeignet ist, oder ein herkömmlicher Injektor, bei welchem die Einspritzung nur durch den Zuführdruck gesteuert wird.For example, any injector can be provided as injector 10, in particular an electric injector which is suitable for a system with a common pressure line ("common rail"), or a conventional injector in which the injection is only controlled by the supply pressure.
Der recycelte Brennstoff kann in einer Reihe von Leitungen gesammelt werden, welche in den Zylinderkopf vorgesehen sind, welcher komplexer ist als der dargestellt, abhängig von spezifischen Anwendungsanforderungen.The recycled fuel can be collected in a series of lines provided in the cylinder head, which may be more complex than that shown, depending on specific application requirements.
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