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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler, der insbesondere für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der als Mitteldrucksysteme ausgestalteten Brennstoffeinspritzanlagen.
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Bei Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen ist es denkbar, dass eine Brennstoffverteilerleiste zum Einsatz kommt, die für Hochdruckanwendungen aus Stahl oder Aluminium ausgebildet ist. Hierdurch kann eine Druckfestigkeit für Drücke von beispielsweise 20 MPa (200 bar) erreicht werden. Solch ein Hochdruckrail aus Stahl kann als Lötrail hergestellt werden. Hierbei dient ein Stahlrohr als Basis, an das die einzelnen Komponenten, wie z.B. Verschlusskappen, Anschraubhalter, ein Hochdruckanschluss und Schnittstellen zum Einspritzventil, sogenannte Tassen, angelötet werden. Diese Ausgestaltung ist allerdings mit hohen Herstellungskosten verbunden. Speziell muss ein gezogenes Rohr auf Maß abgelängt werden. Ferner müssen die Enden bearbeitet und entsprechende Abgänge gebohrt werden. Ferner müssen die Tassen und Halter aus nachbearbeiteten Stahlgussteilen, kleinen Montagebaugruppen oder als Tiefziehteile hergestellt werden. Die Anschlusskappen können als Dreh- oder Tiefziehteile ausgestaltet werden, während die Anschlüsse als Drehteile ausgestaltet werden können. Vor dem abschließenden Lötprozess müssen die einzelnen Anbauteile fixiert werden. In der Summe ergibt sich somit ein äußerst kostenintensiver Herstellungsprozess mit vielen Arbeitsschritten.
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Ferner können Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen bei 0,3 MPa (3 bar) bis 0,5 MPa (5 bar) für diesbezügliche Anwendungen zum Einsatz kommen. Der Anwendungsbereich solcher Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen ist allerdings auf diesen Niederdruckbereich begrenzt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalendes Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass ein Brennstoffverteiler mit vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten geschaffen werden kann, der insbesondere für einen Mitteldruck geeignet sein kann.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffverteilers möglich.
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Der Brennstoffverteiler kann besonders günstig ausgestaltet werden, indem die einzelnen Bauteile, insbesondere die Ventiltassen, mit einer vorteilhaften Verbindungstechnik an einem kostengünstig herzustellenden Verteilerstück angebracht werden. Hierdurch kann der Brennstoffverteiler kostengünstig hergestellt werden und gleichzeitig die gewünschte Festigkeit und Druckbeständigkeit erzielen. Die sichere Verbindung der aneinander gefügten Einzelteile unter Betriebsbedingungen und die Befestigung des Brennstoffverteilers an einen Motorblock oder dergleichen kann hierbei über das Spannteil erfolgen. Das Spannteil kann hierbei in vorteilhafter Weise als Stanz- und Biegeteil ausgebildet sein. Ferner kann das Spannteil in vorteilhafter Weise als Spannblech ausgestaltet sein. Solch ein Spannblech sichert über die Vorspannung aus der elastischen Verformung der Geometrie die sichere Verbindung der montierten Einzelteile. Hierbei kann eine einfache Montagetechnik zum Einsatz kommen, bei der die Einzelteile an dem Verteilerstück angeordnet werden und dann über das Spannteil an dem Verteilerstück fixiert werden.
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In vorteilhafter Weise ist das Verteilerstück aus zumindest einem Kunststoff gebildet. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Ventiltassen aus zumindest einem Kunststoff und gegebenenfalls als Spritzgussteil gebildet sind. Speziell kann das Verteilerstück als rohrförmiges Verteilerstück, das heißt als Verteilerrohr, ausgestaltet sein. Solch ein rohrförmiges Verteilerstück kann beispielsweise als im Extrudierverfahren hergestelltes dickwandiges Kunststoffrohr ausgestaltet sein. Um eine ausreichende Druckfestigkeit zu erzielen, sind hierbei vorzugsweise mehrere Gewebelagen mit unterschiedlichen Wickelwinkeln eingearbeitet. Dieses dickwandige Kunststoffrohr wird auf die gewünschte Länge abgelenkt und mit Aufnahmebohrungen für die Ventiltassen versehen. Somit kann das Verteilerstück besonders kostengünstig hergestellt werden und in einfacher Weise an den jeweiligen Anwendungsfall, insbesondere den gewünschten Druckbereich, angepasst werden.
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Das Spannteil kann in vorteilhafter Weise aus einem unlegiertem Stahlblech gebildet sein. Als Korrosionsschutz ist hierbei gegebenenfalls eine Oberflächenbeschichtung des Stahlblechs möglich. Somit kann das Spannteil besonders kostengünstig hergestellt werden. Das Spannteil sichert dann die gefügten Montageteile bei Betriebsdruck und ermöglicht die Befestigung des Brennstoffverteilers am Motorblock oder dergleichen.
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Vorteilhaft ist es auch, dass die Ventiltassen jeweils einen Hohldorn aufweisen, der in eine für die jeweilige Ventiltasse vorgesehene Bohrung des Verteilerstücks eingefügt ist. Hierbei ist es ferner vorteilhaft, dass für jede Ventiltasse ein Dichtring vorgesehen ist, der an einer Außenseite des Verteilerstücks anliegt und den Hohldorn der jeweiligen Ventiltasse umschließt, und dass auf Grund der Vorspannung des Spannteils der Dichtring zwischen der Außenseite des Verteilerstücks und der jeweiligen Ventiltasse mit einer Vorspannung beaufschlagt ist. Die Vorspannung des Dichtrings ist hierbei nicht notwendigerweise gleich der Vorspannung, die das Spannteil auf die Ventiltasse ausübt. Insbesondere kann an der Ventiltasse eine ringförmige Aufnahmenut vorgesehen sein, in die der Dichtring zumindest teilweise eingesetzt ist, um ein Zusammenpressen des Dichtrings und somit die Vorspannung des Dichtrings zu begrenzen. Hierdurch wird zum einen eine definierte Vorspannung des Dichtrings ermöglicht, so dass eine Überbeanspruchung vermieden ist und die Dichtwirkung über die Lebensdauer aufrechterhalten werden kann. Außerdem kann die Vorspannung des Spannteils anfangs, das heißt bei der Montage, dann auch entsprechend groß vorgegeben sein, so dass selbst bei im Laufe der Zeit nachlassender Vorspannung des Spannteils die für den Dichtring erforderliche Vorspannung weiterhin gewährleistet ist. Somit kann die Dichtwirkung zwischen den einzelnen Ventiltassen und dem Verteilerstück so groß gewählt werden, dass der erforderliche Betriebsdruck zuverlässig erreicht werden kann. Eine entsprechende Ausgestaltung, insbesondere bezüglich des Hohldorns und/oder des Dichtrings, kann auch bei anderen Anbauteilen, insbesondere einem Abschlussstopfen und einem Anschlussstück, zum Einsatz kommen.
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Vorteilhaft ist es, dass die Ventiltassen jeweils einen Kanal aufweisen, der sich von dem jeweiligen Hohldorn zu einer Ventilaufnahme erstreckt und dass der Kanal zumindest näherungsweise um 90° abgewinkelt ist. Hierdurch ergibt sich eine platzsparende Ausgestaltung, bei der insbesondere ein Abstand zwischen dem Verteilerstück und einem Motorblock optimiert werden kann.
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Vorteilhaft ist es auch, dass ein Abschlussstopfen vorgesehen ist, der ein rohrförmig ausgestaltetes Verteilerstück an einem Ende verschließt, und dass das Spannteil den Abschlussstopfen gegen das rohrförmige Verteilerstück mit einer Vorspannung beaufschlagt. Somit kann der Abschlussstopfen ebenfalls über das Spannteil an dem Verteilerstück fixiert werden. Ferner kann auch die erforderliche Dichtwirkung über das Spannteil gewährleistet werden. Der Abschlussstopfen kann hierbei in entsprechender Weise über einen Dichtring, der zwischen dem Abschlussstopfen und dem rohrförmigen Verteilerstück angeordnet ist, abgedichtet werden. Entsprechend ist es vorteilhaft, dass ein Anschlussstück vorgesehen ist, das an einem Ende des rohrförmigen Verteilerstücks angeordnet ist, und dass das Spannteil das Anschlussstück gegen das rohrförmige Verteilerstück mit einer Vorspannung beaufschlagt. Hierdurch kann auch das Anschlussstück über das Spannteil an dem rohrförmigen Verteilerstück fixiert werden. Über die Vorspannung des Spannteils wird hierbei die gewünschte Dichtwirkung erzielt. Hierbei kann ebenfalls ein Dichtring vorgesehen sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende Elemente mit übereinstimmenden Bezugzeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen Brennstoffverteiler in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 den in 1 dargestellten Brennstoffverteiler in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie und
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3 den in 1 dargestellten Brennstoffverteiler in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung aus der mit III bezeichneten Blickrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffverteilers 1 der Erfindung in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung. Der Brennstoffverteiler 1 kann insbesondere in Form einer Brennstoffverteilerleiste 1 ausgestaltet sein. Der Brennstoffverteiler 1 eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Speziell eignet sich der Brennstoffverteiler 1 hierbei für ein Mitteldrucksystem. Der Mitteldruck für solch ein Mitteldrucksystem kann hierbei im Bereich von 3 MPa bis 10 MPa beziehungsweise 30 bar bis 100 bar liegen. Insbesondere kann der Mitteldruck im Bereich von 5 MPa bis 7 MPa beziehungsweise 50 bar bis 70 bar liegen. Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler 1 eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle.
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Der Brennstoffverteiler 1 ist mehrstückig ausgestaltet. Hierbei weist der Brennstoffverteiler 1 ein rohrförmiges Verteilerstück 2 und mehrere an dem Verteilerstück 2 angeordnete Ventiltassen 3, 4, 5, 6 auf. In diesem Ausführungsbeispiel sind vier Ventiltassen 3 bis 6 vorgesehen. Je nach Anwendungsfall können hierbei allgemein zwei oder mehr solcher Ventiltassen 3 bis 6 vorgesehen sein. Durch die mehrstückige Ausgestaltung des Brennstoffverteilers 1 ist hierbei ein modularer Aufbau möglich, so dass unter anderem eine Vielzahl von Ventiltassen hergestellt werden kann und die jeweils erforderliche Anzahl an solchen Ventiltassen bei der Montage des jeweiligen Brennstoffverteilers 1 zum Einsatz kommt.
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Das rohrförmige Verteilerstück 2 des Brennstoffverteilers 1 ist aus einem Kunststoff ausgebildet. Hierbei erfolgt die Herstellung vorzugsweise mittels mehrerer Gewebelagen, die unter unterschiedlichen Wickelwinkeln eingearbeitet werden. Hierdurch kann ein dickwandiges Kunststoffrohr hergestellt werden, aus dem durch Ablängen das rohrförmige Verteilerstück 2 in der gewünschten Länge hergestellt wird. Die Ventiltassen 3 bis 6 sind vorzugsweise als Spritzgussteile aus einem Kunststoff gebildet.
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Der Brennstoffverteiler 1 weist außerdem ein Spannteil 10 auf. Das Spannteil 10 ist vorzugsweise aus einem Stahlblech, insbesondere einem unlegierten Stahlblech, gebildet. Hierbei kann das Spannteil 10 als Stanz- und Biegeteil ausgebildet sein. Hierdurch kann das Spannteil 10 kostengünstig als Spannblech 10 ausgebildet werden. Je nach Anwendungsfall kann das Spannteil 10 allerdings auch eine Beschichtung und gegebenenfalls auch eine Kunststoffbeschichtung aufweisen. Das Spannteil 10 ist dann im Wesentlichen als Spannblech 10 ausgebildet.
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Die Ausgestaltung des Brennstoffverteilers 1 des Ausführungsbeispiels ist im Folgenden auch unter Bezugnahme auf die 2 und 3 weiter beschrieben.
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2 zeigt den in 1 dargestellten Brennstoffverteiler 1 in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der mit II bezeichneten Schnittlinie. 3 zeigt den in 1 dargestellten Brennstoffverteiler 1 in einer schematischen, auszugsweisen Schnittdarstellung aus der mit III bezeichneten Blickrichtung. Das Spannteil 10 weist Einschnitte 11, 12 auf, von denen zur Vereinfachung der Darstellung nur die Einschnitte 11, 12 gekennzeichnet sind. Durch die Einschnitte 11, 12 ist es möglich, dass Befestigungsabschnitte 13, von denen nur der Befestigungsabschnitt 13 dargestellt ist, durch Biegen ausgeformt werden. Solch ein Befestigungsabschnitt 13 kann beispielsweise eine Befestigungsbohrung 14 aufweisen, die sich in einer Einbaulage unter dem rohrförmigen Verteilerstück 2 befindet. Hierdurch ist eine Befestigung des Spannteils 10 an einer Brennkraftmaschine oder dergleichen möglich. Außerdem ermöglichen die Einschnitte 11, 12 das Ausformen von Spannwinkeln 15, 16, 17, 18, die die einzelnen Tassen 3 bis 6 von dem Verteilerstück 2 aus betrachtet hintergreifen. Außerdem weist das Spannteil 10 eine gebogene, schalenförmige Aufnahme 19 auf. Die Aufnahme 19 dient zum Aufnehmen des rohrförmigen Verteilerstücks 2 und umgreift dieses an einer Außenfläche 20 des rohrförmigen Verteilerstücks 2.
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Bei der Montage wird das Spannteil 10 etwas aufgebogen, so dass die Spannwinkel 15 bis 18 die einzelnen Ventiltassen 3 bis 6 gegen das rohrförmige Verteilerstück 2 mit einer Vorspannung beaufschlagen. Das Spannteil 10 ist dann vorgespannt.
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Die Ventiltassen 3 bis 6 weisen jeweils einen Hohldorn 21, 22 auf. Die Hohldorne 21, 22 erstrecken sich durch Bohrungen 23, 24 des rohrförmigen Verteilerstücks 2. Bei der Montage werden die Ventiltassen 3 bis 6 mit ihren Hohldornen 21, 22 in die Bohrungen 23, 24 des Verteilerstücks 2 eingefügt.
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Außerdem ist für jede Ventiltasse 3 bis 6 ein Dichtring 25, 26 vorgesehen. Die Dichtringe 25, 26 liegen im montierten Zustand an der Außenfläche (Außenseite) 20 des rohrförmigen Verteilerstücks 2 an. Ferner umschließen die Dichtringe 25, 26 den jeweiligen Hohldorn 21, 22 der Ventiltassen 3 bis 6. Durch die Vorspannung des Spannteils 10 werden die Dichtringe 25, 26 zwischen der Außenseite 20 des Verteilerstücks 2 und der jeweiligen Ventiltasse 3 bis 6 mit einer Vorspannung beaufschlagt. Die Vorspannung, mit der die Dichtringe 25, 26 jeweils beaufschlagt sind, kann hierbei geringer sein, als dies durch die Vorspannung des Spannteils 10 möglich ist. Hierdurch wird eine Überlastung, insbesondere Überpressung, der Dichtringe 25, 26 vermieden. In diesem Ausführungsbeispiel sind hierfür an den Ventiltassen 3 bis 6 ringförmige Aufnahmenuten 27, 28 vorgesehen. In diese ringförmigen Aufnahmenuten 27, 28 der Ventiltassen 5 bis 6 sind die Dichtringe 25, 26 zumindest teilweise eingesetzt. Bei der Montage ergibt sich dann die Vorspannung der Dichtringe 25, 26. Durch die konstruktive Ausgestaltung der Aufnahmenuten 27, 28 ist hierbei die maximale Beanspruchung der Dichtringe 25, 26, das heißt die erzeugte Vorspannung, die auf die Dichtringe 25, 26 wirkt, begrenzt.
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Die Ventiltassen 3 bis 6 weisen jeweils einen Kanal 29, 30 auf. Hierbei erstreckt sich der Kanal 29 durch den Hohldorn 21 und ist außerdem zumindest näherungsweise um 90° abgewinkelt. Dadurch ist eine Achse 31 einer Ventilaufnahme 32 der Ventiltasse 5 zumindest näherungsweise parallel zu einer Befestigungsachse 33, die in diesem Ausführungsbeispiel durch die Befestigungsbohrung 14 festgelegt ist. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Ausgestaltung. Entsprechend ist auch der Kanal 30 der Ventiltasse 6 um zumindest näherungsweise 90° abgewinkelt.
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Der Brennstoffverteiler 1 weist außerdem einen Abschlussstopfen 40 und ein Anschlussstück 41 auf. Der Abschlussstopfen 40 ist an einem Ende 42 des rohrförmigen Verteilerstücks 2 angebracht, während das Anschlussstück 41 an einem von dem Ende 42 abgewandten Ende 43 des rohrförmigen Verteilerstücks 2 angebracht ist. Dadurch kann das rohrförmige Verteilerstück 2 besonders kostengünstig hergestellt werden. Nach dem Ablängen des rohrförmigen Verteilerstücks 2 und einer gegebenenfalls erforderlichen Nachbearbeitung der Enden 42, 43 können nämlich der Abschlussstopfen 40 und das Anschlussstück 41 montiert werden. Zu einem geeigneten Zeitpunkt, vorzugsweise nach dem Ablängen, werden die Bohrungen 23, 24 für die einzelnen Ventiltassen 3 bis 6 angebracht.
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Der Abschlussstopfen 40 verschließt das Ende 42 des rohrförmigen Verteilerstücks 2. Hierbei ist zwischen dem Abschlussstopfen 40 und dem Ende 42 des Verteilerstücks 2 ein Dichtring 44 vorgesehen, der die Abdichtung verbessert. Außerdem wird der Abschlussstopfen 40 durch einen Bügel 45 des Spannteils 10 fixiert und gegenüber dem Ende 42 des Verteilerstücks 2 mit einer gewissen Vorspannung beaufschlagt. Außerdem ist auch zwischen dem Anschlussstück 41 und dem Ende 43 des Verteilerstücks 2 ein Dichtring 46 vorgesehen, der die Abdichtung an dem Ende 43 verbessert. Das Anschlussstück 41 wird hierbei über einen Bügel 47 des Spannteils 10 mit einer gewissen Vorspannung gegen das Ende 43 des Verteilerstücks 2 beaufschlagt.
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Der Abschlussstopfen 40 ist vorzugsweise als frei fallendes Spritzgussteil 40 ausgestaltet. Die gewählte Anordnung einer Dichtringnut 48, in die der Dichtring 44 eingesetzt ist, beziehungsweise des Dichtrings 44 stellt sicher, dass im Dichtbereich kein Formtrenngrad ist. Zur Gewichtsreduktion und um möglichst gleiche Wandstärken zu erreichen, kann der Abschlussstopfen 40 im Bereich der radialen Führung eine Sackbohrung aufweisen. Der Dichtring 44 ist vorzugsweise als O-Ring 44 ausgeführt.
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Das Anschlussstück 41 kann als Automatendrehteil aus korrosionsfestem Metall ausgebildet sein. Hierbei kann ein genormter Hochdruckanschluss gewählt werden. Der Dichtring 46 ist ebenfalls vorzugsweise als O-Ring 46 ausgeführt.
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Außerdem können auch die Ventiltassen 3 bis 6 als frei fallende Spritzgussteile 3 bis 6 ausgeführt sein. Im Bereich der als Dichtringnuten 27, 28 dienenden Aufnahmenuten 27, 28 ist vorzugsweise keine Formtrennung vorgesehen. Außerdem sind vorzugsweise einheitliche Wandstärken vorgegeben. Die Dichtringe 25, 26 sind vorzugsweise ebenfalls als O-Ringe 25, 26 ausgeführt.
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Die Montage des Brennstoffverteilers 1 kann beispielsweise auf einem Montagerundtisch mit zwei Arbeitsstellungen erfolgen. Während der Montage eines Brennstoffverteilers 1 kann das zuvor montierte rohrförmige Verteilerstück 2 dichtgeprüft werden. Dann werden die Ventiltassen 3 bis 6 mit jeweils einem Dichtring 25, 26 bestückt und in der Montagevorrichtung positioniert. Auch auf den Abschlussstopfen 40 und das Anschlussstück 41 werden die entsprechenden Dichtringe 44, 46 aufgeschoben. Dann werden der Abschlussstopfen 40 und das Anschlussstück 41 in das rohrförmige Verteilerstück 2 geschoben. Dann kann das rohrförmige Verteilerstück 2 auf die als Anschlusszapfen dienenden Hohldorne 21, 22 der Ventiltassen 3 bis 6 geschoben werden. Das Spannteil 10 kann dann in eine Spreizvorrichtung gefügt und im gespreizten Zustand zusammen mit der Spreizvorrichtung über die gefügten Bauteile des Brennstoffverteilers 1 geschoben werden. Dann wird die Spreizvorrichtung abgezogen. Das gefügte Spannteil 10 sichert durch die elastische Verformung seiner Geometrie dann eine sichere Verbindung der einzelnen Bauteile des Brennstoffverteilers 1 auch bei Betriebsdruck, insbesondere einem Mitteldruck.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
