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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffverteiler gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Bei Kraftstoffverteilersystemen sind die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung voneinander entkoppelt. Eine Kraftstoffpumpe erzeugt kontinuierlichen Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler, welcher als Speicher fungiert, permanent zur Verfügung. Hierzu wird der komprimierte Kraftstoff in einem Verteilerrohr gespeichert und verteilt den Injektoren bzw. Einspritzventilen einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
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Jeder Kraftstoffverteiler, egal ob für Hochdruck- oder Niederdruckanwendungen, muss am Verbrennungsmotor bzw. Komponenten davon, wie Zylinder, Zylinderkopf oder Ansaugmodul, befestigt werden. Üblicherweise erfolgt dies über Verschraubungen. Hierzu werden Montageelemente, beispielsweise Halter oder Ähnliches, an dem Druckspeicherrohr befestigt.
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Bei dem aus der
US 2007/0163545 A1 bekannten Vorschlag wird das Verteilerrohr über Montageschellen festgelegt.
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Durch die
DE 10 2012 206 911 A1 zählt ein Halter zur Befestigung einer Komponente, insbesondere eines Brennstoffverteilers an einer Brennkraftmaschine, zum Stand der Technik. Der Halter weist einen Grundkörper mit einer Durchführöffnung für ein Befestigungsmittel auf. Das Befestigungsmittel ist eine Schraube, die in den Zylinderkopf eingeschraubt wird, so dass der Grundkörper dann über das Befestigungsmittel mit dem Zylinderkopf direkt verbunden ist. Außerdem ist ein Dämpfungselement vorgesehen, das aus einem elastischen Werkstoff gebildet ist. Der Kraftstoffverteiler bzw. das Verteilerrohr des Kraftstoffverteilers ist mittels des Dämpfungselements mittelbar mit dem Befestigungsmittel verbindbar. Hierzu ist ein Halteelement vorgesehen, das mit dem Verteilerrohr verbunden ist oder Bestandteil des Kraftstoffverteilers ist. Die Befestigung des Halteelements erfolgt mittels des Dämpfungselements an dem Grundkörper.
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Metallische Halter werden durch thermische Fügeverfahren wie z. B. Schweißen am Verteilerrohr fixiert. Anschließend werden die Bauteile üblicherweise in einem Lötofen verlötet.
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Die Fügung zwischen Halter und Verteilerrohr wird im Betrieb durch einen komplexen Spannungszustand belastet. Dabei sind vor allem Zugspannungen auf die Fügestellen kritisch, da diese eine geringere Festigkeit aufweisen. In Folge dessen kann es unter betrieblicher Belastung und mit zunehmender Lebensdauer der Kraftstoffverteiler an diesen Stellen zu Problemen kommen. Dieser Umstand wird mit steigenden Betriebsdrücken verstärkt, die zur Erfüllung von immer schärfer werdenden Abgasnormen notwendig sind. Die höheren Betriebsdrücke führen zu einer noch stärkeren Belastung der Halter.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen im Belastungsverhalten verbesserten Kraftstoffverteiler zu schaffen.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Kraftstoffverteiler gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffverteilers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
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Erfindungsgemäß weist der Halter zwei mit Abstand zueinander angeordnete Hülsenkörper auf. Durch jeden Hülsenkörper ist ein Befestigungsmittel, in der Regel eine Schraube bzw. ein Schraubbolzen, führbar. Mittels der Befestigungsmittel erfolgt die Festlegung des Verteilerrohrs am Verbrennungsmotor. Das Verteilerrohr ist zwischen den Hülsenkörpern angeordnet. Die Hülsenkörper sind durch eine Traverse verbunden. Die Traverse erstreckt sich oberhalb des Verteilerrohrs quer zu dessen Längsachse. Die Enden der Traverse sind jeweils als Flanschabschnitte ausgebildet mit Montageöffnungen, die mit den Durchgangsöffnungen in den Hülsenkörpern fluchten. Die Traverse ist jeweils mit einem Flanschabschnitt mit dem oberen Ende eines Hülsenkörpers verbunden. Zwischen den Flanschabschnitten der Traverse erstreckt sich ein Brückenabschnitt. Dieser Brückenabschnitt weist zumindest bereichsweise eine an die Außenkontur des Verteilerrohrs angepasste Innenkontur auf und liegt am Verteilerrohr an. Der Brückenabschnitt besitzt eine in Längsrichtung des Verteilerrohrs gemessene Länge, die größer ist als die in Längsrichtung des Verteilerrohrs gemessene Länge der Flanschabschnitte.
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Insbesondere ist der Brückenabschnitt gerundet bzw. kreisbogenförmig konfiguriert, so dass er mit seiner Innenkontur formschlüssig an der Außenkontur des Verteilerrohrs anliegt.
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Der erfindungsgemäße Kraftstoffverteiler und dessen Halter mit der Konfiguration des Brückenabschnitts sind so gestaltet, dass die Halter bzw. die Fügung zwischen Verteilerrohr und Halter hauptsächlich nur durch Druckspannungen belastet werden. Hierdurch wird die Verbindung der einzelnen Bauteile unkritischer.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Brückenabschnitt einseitig verlängert ausgebildet ist. Von den Flanschabschnitten ausgehend ist der Brückenabschnitt in Richtung zu einem freien Ende des Verteilerrohrs länger.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Brückenabschnitt sich in Richtung zu einem freien Ende des Verteilerrohrs hin verjüngt.
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Die Länge der Hülsenkörper ist so groß, dass die Traverse oberhalb der Rohrmittelachse des Verteilerrohrs angeordnet ist und somit oberhalb der neutralen Faser bei Biegung des Verteilerrohrs liegt. In Folge dessen entstehen hauptsächlich Druckspannungen im Bereich des Halters.
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Durch die Traverse und die Konfiguration des Brückenabschnitts wird die Verformung des Verteilerrohrs gefesselt bzw. die Verformung definiert begrenzt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffverteiler handelt es sich um eine gebaute Lösung, der im Belastungsverhalten verbessert ist. Insbesondere sind die erfindungsgemäßen Halter so gestaltet, dass diese in Fügebereichen überwiegend nur durch Druckspannungen belastet werden. In Folge dessen wird die Verbindung zwischen Halter und Verteilerrohr unkritischer. Insgesamt ist der Kraftstoffverteiler auch fertigungs- und montagetechnisch verbessert. Die Bauteilanzahl ist gering. Auch der Fügeaufwand ist reduziert. Vorzugsweise bestehen die einzelnen Bauteile des Halters aus Stahl, insbesondere aus austenitischem Edelstahl.
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Ein besonders vorteilhafter Aspekt der Erfindung besteht darin, dass im Übergang von den Flanschabschnitten zum Brückenabschnitt eine Einprägung vorgesehen ist. Die Flanschabschnitte gehen jeweils in den insbesondere gerundet bzw. kreisbogenförmig ausgebildeten Brückenabschnitt über. Im Übergangsbereich ist eine Einprägung vorgesehen. Die Einprägung wirkt sich vorteilhaft auf das Festigkeitsund Schwingungsverhalten des Halters bzw. des Fügebereichs zwischen Traverse und Verteilerrohr aus. Weiterhin ist die Einprägung so gestaltet, dass eine Anlagefläche für ein Befestigungsmittel, insbesondere für einen Schraubenkopf, zweckentsprechend bereitgestellt werden kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Hülsenkörper einen oberseitigen Ringkragen aufweisen, der in die Montageöffnung im Flanschabschnitt eingreift. Der Ringkragen erstreckt sich umlaufend um die Öffnung des Hülsenkörpers. Die Flanschabschnitte und die Hülsenkörper sind druckgefügt, insbesondere verpresst. In diesem Zusammenhang weist der Ringkragen einen größeren Außendurchmesser auf als der Innendurchmesser der Montageöffnung im Flanschabschnitt im Bereich der Fügung. Beim Fügen der Flanschabschnitte mit den Hülsenkörpern wird der Ringkragen in die Montageöffnung im Flanschabschnitt gepresst.
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Die zur Montage des Kraftstoffverteilers eingesetzten Befestigungsmittel, also insbesondere Schraubbolzen, sorgen zusätzlich für eine Verspannung bzw. Verpressung zwischen Traverse und Hülsenkörper. Eine stoffschlüssige Fügung mittels Löten oder Schweißen ist in diesem Bereich nicht zwingend erforderlich.
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Das Fügen der Hülsenkörper mit der Traverse bzw. mit den Flanschabschnitten der Traverse erfolgt nachdem das Verteilerrohr und die Traverse miteinander gefügt sind. Die Fügung zwischen Verteilerrohr und Traverse erfolgt stoffschlüssig, üblicherweise mittels Schweißen oder Löten. Auch eine Kombination der beiden Fügetechnologien ist möglich.
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Vorteilhafterweise ist der Brückenabschnitt in der Draufsicht dreieckförmig oder zungenförmig konfiguriert. Demzufolge verjüngt sich der Brückenabschnitt ausgehend von den Flanschabschnitten zum Ende des Verteilerrohrs hin. Insbesondere ist der von den Flanschabschnitten weg gerichtete Teil des Brückenabschnitts dreiecksförmig oder zungenförmig konfiguriert.
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Seitlich zwischen dem Außenumfang des Verteilerrohrs und jedem Hülsenkörper ist ein Spalt vorhanden. Die Hülsenkörper sind folglich in diesem Bereich nicht mit dem Verteilerrohr gefügt. Der Spalt beträgt bei einer in der Praxis umgesetzten Ausführungsform 0,25 mm.
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Die Erfindung ist nachfolgend eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Ansicht auf einen Kraftstoffverteiler;
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2 einen vertikalen Querschnitt durch den Kraftstoffverteiler entlang der Linie A-A und
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3 eine Draufsicht auf den Kraftstoffverteiler im Bereich eines Halters.
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Anhand der 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffverteiler 1 erläutert.
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Der Kraftstoffverteiler 1 gehört zum Speichereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors. Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind bei solchen Speichereinspritzsystemen voneinander entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler 1 permanent zur Verfügung.
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Der Kraftstoffverteiler 1 umfasst ein Verteilerrohr 2 mit hier nicht dargestelltem Kraftstoffeinlass und ebenfalls nicht dargestellten Injektoranschlüssen. Der statisch komprimierte Kraftstoff wird im Verteilerrohr 2 gespeichert und über die Injektoranschlüsse verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
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Die Festlegung des Kraftstoffverteilers 1 am Zylinderkopf eines Verbrennungsmotors erfolgt über Halter 3 und 4.
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Jeder Halter 3 bzw. 4 weist zwei in Z-Richtung mit Abstand a quer zur Längsachse LA (X-Achse) des Verteilerrohrs 2 angeordnete Hülsenkörper 5, 6 auf. Die Hülsenkörper 5, 6 sind durch eine Traverse 7 verbunden. Die Traverse 7 erstreckt sich oberhalb des Verteilerrohrs 2 quer zu dessen Längsachse LR. Die Traverse 7 weist jeweils endseitig einen Flanschabschnitt 8, 9 mit einer Montageöffnung 10 auf. Die Montageöffnungen 10 fluchten mit den Durchgangsöffnungen 11 in den Hülsenkörpern 5, 6. Zwischen den Flanschabschnitten 8, 9 der Traverse 7 erstreckt sich ein Brückenabschnitt 12. Der Brückenabschnitt 12 weist eine an die Außenkontur AK des Verteilerrohrs 2 angepasste Innenkontur IK auf. Das Verteilerrohr 2 ist kreisrund. Dementsprechend ist die Innenkontur IK des Brückenabschnitts 12 gerundet gestaltet mit einem auf den Außenradius des Verteilerrohrs 2 abgestimmten Innenradius. Der Brückenabschnitt 12 liegt oberhalb am Verteilerrohr 2 an und stützt dieses ab. Auf diese Weise bildet der Brückenabschnitt 12 ein Widerlager für die auf das Verteilerrohr 2 im Betrieb einwirkenden Kräfte und Momente.
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Der Brückenabschnitt 12 weist eine in Längsrichtung LR (X-Richtung) des Verteilerrohrs 2 gemessene Länge L1 auf, die größer ist als die in Längsrichtung LR des Verteilerrohrs 2 gemessene Länge L2 der Flanschabschnitte 8, 9. Der Brückenabschnitt 12 ist von den Flanschabschnitten 8, 9 ausgehend in Richtung zu einem freien Ende 13 bzw. 14 des Verteilerrohrs 2 länger ausgebildet. Hierbei verjüngt sich der Brückenabschnitt 12 in Richtung jeweils zu einem freien Ende 13, 14 des Verteilerrohrs 2 hin. In der Draufsicht weist der Brückenabschnitt 12 eine in etwa dreieckförmige bzw. zungenförmige Konfiguration auf. Mit gerundet verlaufenden Randabschnitten 15 gehen die Flanschabschnitte 8, 9 in schräg aufeinander zu laufenden Seitenränder 16 des Brückenabschnitts 12 über. Die Seitenränder 16 laufen in Richtung der Längsachse LA aufeinander zu und treffen sich in einem gerundeten Ende 17 in der Mitte oberhalb des Verteilerrohrs 2. Der zum Mittelbereich 18 des Verteilerrohrs 2 gerichtete Seitenrand 19 ist gerade ausgeführt und erstreckt sich rechtwinklig zur Längsachse LA des Verteilerrohrs 2.
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Insbesondere anhand der 2 erkennt man, dass jeweils im Übergang 20 von einem Flanschabschnitt 8, 9 zum Brückenabschnitt 12 eine Einprägung 21 vorgesehen ist. Die Einprägungen 21 wirken sich vorteilhaft auf das Schwingungsverhalten der Anordnung aus. Weiterhin wird durch die Einprägung 21 die notwendige Anlagefläche 22 für den Spannkopf eines Befestigungsmittels geschaffen.
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Die Hülsenkörper 5, 6 sind mit ihrem oberen Ende 23 mit einem Flanschabschnitt 8, 9 verbunden. Dies erfolgt durch Druckfügen, insbesondere Verpressen. Die Hülsenkörper 5, 6 weisen jeweils einen oberseitigen Ringkragen 24 auf. Der Ringkragen 24 ist umlaufend um die Öffnung 11 des Hülsenkörpers 5, 6 ausgeführt und steht in Richtung zur Montageöffnung 10 eines Flanschabschnitts 8, 9 vor. Der Außendurchmesser eines Ringkragens 24 und der Innendurchmesser einer Montageöffnung 10 sind so aufeinander abgestimmt, dass der Ringkragen 24 in die Montageöffnung 10 eingepresst werden kann und hierbei eine zuverlässige Fügung ohne Verwendung eines Zusatzwerkstoffes erfolgt.
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Das Verteilerrohr 2 und die Traverse 7 sind miteinander gefügt. Hierzu wird der Brückenabschnitt 12 mit der Innenkontur IK auf die Außenkontur AK des Verteilerrohrs 2 gelegt und thermisch gefügt. Dies kann schweißtechnisch und/oder löttechnisch erfolgen. Anschließend erfolgt die Verbindung mit den Hülsenkörpern 5, 6 durch Druckfügen der Flanschabschnitte 8, 9 mit den oberen Enden 22 der Hülsenkörper 5, 6.
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Die 2 zeigt ferner, dass seitlich zwischen dem Außenumfang des Verteilerrohrs 2 und jedem Hülsenkörper 5, 6 ein Spalt 25 vorgesehen ist. Das Verteilerrohr 2 ist nicht mit den Hülsenkörpern 5, 6 unmittelbar gefügt.
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Zur Festlegung des Kraftstoffverteilers 1 am Zylinderkopf werden Befestigungselemente in Form von Schrauben durch die Durchgangsöffnungen 11 in den Hülsenkörper 9, 6 geführt und am Zylinderkopf in entsprechenden Gewindebohrungen verschraubt. Die Schraubenköpfe liegen mit ihrer Spannfläche an der äußeren bzw. oberen Anlagefläche 22 der Flanschabschnitte 8, 9 an und übertragen die notwendige Spannkraft. Hierbei werden die Flanschabschnitte 8, 9 und die Hülsenkörper 5, 6 zusätzlich verspannt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffverteiler
- 2
- Verteilerrohr
- 3
- Halter
- 4
- Halter
- 5
- Hülsenkörper
- 6
- Hülsenkörper
- 7
- Traverse
- 8
- Flanschabschnitt
- 9
- Flanschabschnitt
- 10
- Montageöffnung
- 11
- Durchgangsöffnung
- 12
- Brückenabschnitt
- 13
- Ende v. 2
- 14
- Ende v. 2
- 15
- Randabschnitt
- 16
- Seitenrand v. 12
- 17
- Ende
- 18
- Mittelbereich v. 2
- 19
- Seitenrand v. 12
- 20
- Übergang
- 21
- Einprägung
- 22
- Anlagefläche
- 23
- oberes Ende v. 5, 6
- 24
- Ringkragen
- 25
- Spalt
- AK
- Außenkontur
- IK
- Innenkontur v. 12
- LA
- Längsachse
- LR
- Längsrichtung
- L1
- Länge v. 12
- L2
- Länge v. 8, 9
- a
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2007/0163545 A1 [0004]
- DE 102012206911 A1 [0005]
