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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffverteiler gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Kraftstoffverteiler, auch Common-Rail genannt, ist Bestandteil einer Kraftstoffversorgung bzw. eines Kraftstoff-Einspritzsystems und dient zum Zuführen von Kraftstoff zu Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors. Hierbei wird statisch komprimierter Kraftstoff in einem Druckspeicher in Form eines Verteilerrohrs gespeichert und verteilt den Injektoren bzw. Einspritzventilen einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
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Aus der
DE 10 247 524 B4 ist ein Kraftstoffverteiler bekannt mit einem einteilig als Gussteil ausgeführten Verteilerrohr.
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Die
DE 295 214 02 U1 offenbart einen Kraftstoffverteiler, bei dem das Verteilerrohr durch Schmieden geformt ist.
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Der Druckspeicher eines Kraftstoffverteilers weist einen Längshohlraum zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff auf. Der Längshohlraum im Druckspeicher wird durch eine Bohrung hergestellt, üblicherweise durch ein sogenanntes Tieflochbohren. Das offene Ende des Längshohlraums wird durch einen Gewindeeinsatz verschlossen. Hierzu ist das Ende als Gewindestutzen ausgebildet und weist ein Innengewinde auf, in welchem der Gewindeeinsatz mit seinem Außengewinde eingeschraubt werden kann. Zur Gewährleistung der notwendigen Dichtheit weist der Gewindeeinsatz eine Dichtfläche auf, welche an einem im Druckspeicher ausgebildeten Dichtsitz zur Anlage gelangt.
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Neben einem Gewindestutzen am öffnungsseitigen Ende eines Druckspeichers kann dieses noch weitere Gewindestutzen aufweisen, beispielsweise zum Anschluss eines Drucksensors.
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Verschraubungen für hohe Drücke sind problematisch hinsichtlich des prozesssicheren Abdichtens. Die Schraubverbindung wird so weit angezogen, dass über den Dichtungsumfang zwischen Dichtfläche und Dichtsitz eine Flächenpressung erreicht wird. Zur Überprüfung der Dichtheit der Kraftstoffverteiler und hieran angeschlossener Komponenten wird eine Dichtheitsprüfung durchgeführt. Neben Dichtheitsprüfungen mit Luft über Druckabfall oder im Wasserbad haben sich Prüfmethoden mit Edelgas, sogenannte Schnüffeltest, etabliert. Hierbei kommt als Prüfgas insbesondere Helium zur Anwendung. Schnüffeltests erlauben eine gezielte Ortung von Leckagen mit hoher Empfindlichkeit.
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In der Automobilindustrie steht aufgrund der geringen Taktzahl in der Fertigung für die Dichtheitsprüfung nur ein begrenzter Zeitraum zur Verfügung. Demzufolge ist man generell an einer schnellen und effizienten Dichtheitsprüfung interessiert. Üblicherweise muss sich das Prüfmedium bzw. Prüfgas beim Schnüffeltest durch feinste Gewindegänge den Weg nach außen suchen, um von Sensoren detektiert zu werden. Die zur Verfügung stehende sehr kurze Prüfzeit im Sekundenbereich lässt jedoch mitunter eine zuverlässige Aussage zur Dichtheit eines Kraftstoffverteilers nicht zu. Undichtigkeiten werden dann im Fahrzyklus oft erst nach mehreren Tausend Kilometern festgestellt.
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Die
US 6 431 608 B1 offenbart eine Verbindungsanordnung mit zum Anschluss einer Rohrleitung an ein Anschlussstück von Kraftstoffsystemen mit einem integrierten Leckagepfad.
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Die
DE 10 2004 059 909 A1 schlägt eine Rohrleitungsverschraubung vor, die aus einem Anschlussstutzen, einer Rohrleitung und einer Überwurfmutter besteht, bei der eventuell auftretende Leckagemengen über die Überwurfmutter hindurch abgeführt werden können.
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Auch die
DE 10 2015 102 877 A1 erläutert eine Verbindungsanordnung zum Anschluss einer Rohrleitung an ein Anschlussstück von Kraftstoff- oder Hydrauliksystemen, wobei die Rohrleitung mittels eines Verbindungselements in Form einer Überwurfmutter an das Anschlussstück anschließbar ist. Durch die Überwurfmutter wird ein Dichtkopf druckdicht an einen im Anschlussstück ausgebildeten Dichtsitz gepresst. Rückseitig des Dichtkopfs ist außerhalb der Dichtfläche und des Dichtsitzes ein Leckagepfad vorgesehen.
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Eine Verschlussschraube mit einem Leckagepfad, die als Kunststoff-Spritzgussteil ausgeführt ist, geht aus der
DE 10 2015 116 301 A1 hervor.
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Des Weiteren zählt durch die
JP 2004-019592 A ein Kraftstoffverteiler zum Stand der Technik, bei dem der Druckspeicher durch einen Gewindeeinsatz verschlossen ist, wobei der Gewindeeinsatz einen Leckagepfad im Gewindebereich aufweist.
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Auch die
DE 199 36 534 A1 zeigt einen Kraftstoffverteiler. Dieser weist einen rohrförmigen Grundkörper mit einer in Längsrichtung eingebrachten Sacklochbohrung auf. Die Sacklochbohrung bildet das Speichervolumen des Kraftstoffverteilers, wobei das offene Ende der Sacklochbohrung durch einen Raildrucksensor verschlossen ist.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik zugrunde, einen Kraftstoffverteiler aufzuzeigen mit verbesserten Eigenschaften für die Dichtheitsprüfung, insbesondere kurzen Zyklus- bzw. Detektionszeiten und hoher Prüfgenauigkeit.
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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.
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Im Gewindeeinsatz ist ein Leckagepfad vorgesehen. Der Druckspeicher des Kraftstoffverteilers ist insbesondere rohrförmig ausgeführt und besitzt einen Längshohlraum. Der Leckagepfad befindet sich vom Längshohlraum des Druckspeichers aus gesehen hinter dem Dichtsitz und steht mit der Außenseite des Kraftstoffverteilers bzw. des Druckspeichers in Kontakt. Bei einer Undichtigkeit im Bereich des Dichtsitzes gelangt Prüfgas über den Leckagepfad nach außen und kann so zuverlässig und schnell detektiert werden. Die Funktion im Dichtbereich bzw. im Bereich des Dichtsitzes zwischen Druckspeicher und Gewindeeinsatz ist trotz des zumindest einen Leckagepfads vollständig gegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Gewindeeinsatz einen Zylinderabschnitt mit einem konischen Endabschnitt aufweist, an dem die Dichtfläche ausgebildet ist.
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Der Gewindeeinsatz übernimmt die Funktion einer Verschlussschraube und dichtet den Druckspeicher gegenüber der Umgebung ab. Gleichzeitig ist der Gewindeeinsatz so konzipiert, dass über den erfindungsgemäß vorgesehenen Leckagepfad Undichtigkeiten im Rahmen der Dichtheitsprüfung schnell und zuverlässig erkannt werden können.
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Weiterhin ist im Rahmen der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Gewindeeinsatzes vorgesehen, dass dieser eine Ausnehmung mit einem Innenmehrkant aufweist. Der Innenmehrkant ist als Werkzeugangriff ausgebildet. Unter Zuhilfenahme eines geeigneten Werkzeugs kann der Gewindeeinsatz in den Gewindestutzen eingeschraubt werden. Hierbei wird der Endabschnitt mit seiner Dichtfläche in einen Dichtkonus des Druckspeichers gepresst. Im Bedarfsfall kann der Gewindeeinsatz auch wieder aus dem Gewindestutzen des Druckspeichers demontiert werden.
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Erfindungsgemäß ist der Leckagepfad durch eine Querbohrung im Zylinderabschnitt gebildet, welche mit der Ausnehmung im Gewindeeinsatz in Verbindung steht. Hierzu kann die Ausnehmung stufig sein und im Inneren eine Sackbohrung aufweisen. Die Sackbohrung bildet die Verlängerung der Ausnehmung und kreuzt sich mit der Querbohrung.
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Vorzugsweise ist der Gewindestutzen ein materialeinheitlich einstückiger Bestandteil des Druckspeichers.
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Insbesondere ist der Gewindestutzen an einem axialen Ende des Druckspeichers, insbesondere am öffnungsseitigen Ende des Druckspeichers, ausgebildet. Durch den Gewindeeinsatz wird das Ende des Druckspeichers dicht verschlossen. Am anderen Ende ist der Druckspeicher stirnseitig verschlossen. Das andere axiale Ende kann ebenfalls als axial ausgerichteter Anschluss bzw. Gewindestutzen ausgebildet sein. In diesem Fall wird das Ende ebenfalls durch einen Gewindeeinsatz geschlossen oder an das Ende wird ein Sensor eingeschraubt.
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Möglich ist es auch, dass ein Gewindestutzen quer zur Längsachse des Druckspeichers am Druckspeicher angeordnet ist. In diesem Fall kommt der im Gewindestutzen aufgenommene Gewindeeinsatz insbesondere zur Montage von Sensoren zum Einsatz.
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Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass der Gewindeeinsatz kaltfließgepresst ist. Der Gewindeeinsatz ist ein Kaltfließpressteil, dessen Kontur kaltfließgepresst wird und bei dem Gewindegänge einschließlich der Leckagepfade direkt ausgeformt werden. Weitere Bearbeitungsschritte für die Einbringung des Leckagepfades in den Gewindeeinsatz sind somit nicht notwendig.
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Grundsätzlich kann der Gewindeeinsatz auch gerollt, geschnitten oder gefräst sein. Ein Vorteil der Ausführung als Kaltfließpressteil ist die hohe Maßgenauigkeit und Oberflächengüte sowie die Steigerung der Festigkeitseigenschaften.
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Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 und 5 näher beschrieben. Die anderen nachfolgend beschriebenen 1 bis 3 sowie 6 bis 11 dienen zur Illustration der beanspruchten Erfindung und sind nicht Ausführungsformen der Erfindung, für die Schutz begehrt wird. Es zeigen:
- 1 einen Gewindeeinsatz in einer perspektivischen Ansicht von hinten;
- 2 den Gewindeeinsatz gemäß der Darstellung von 1 in einer perspektivischen Ansicht von Seite des Dichtsitzes her;
- 3 den Gewindeeinsatz in einer Stirnansicht auf die zentrische Ausnehmung;
- 4 eine Stirnansicht auf eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Gewindeeinsatzes;
- 5 einen Längsschnitt durch den Gewindeeinsatz gemäß der Darstellung von 4 entlang der Linie A-A;
- 6 eine Stirnansicht auf das öffnungsseitige Ende eines Druckspeichers;
- 7 einen Längsschnitt durch den Druckspeicher gemäß der 6 entlang der Linie B-B;
- 8 in vergrößerter Darstellung den Ausschnitt C der 7;
- 9 den Gewindeeinsatz gemäß der Darstellung von 8 in einer perspektivischen Ansicht;
- 10 das öffnungsseitige Ende eines Druckspeichers mit einem eingegliederten Drucksensor und
- 11 einen Ausschnitt des Drucksensors gemäß der Darstellung von 9 in einer perspektivischen Ansicht auf den Gewindeeinsatz des Drucksensors.
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Einander entsprechende Bauteile oder Bauteilkomponenten sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 7 zeigt einen Kraftstoffverteiler 1. 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 unabhängige von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler 1 permanent zur Verfügung.
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Der Kraftstoffverteiler 1 weist einen rohrförmigen Druckspeicher 2 mit einem Längshohlraum 3 sowie einen hier nicht dargestellten pumpenseitigen Kraftstoffeinlass und mehrere Injektoranschlüsse 4 auf. Der statisch komprimierte Kraftstoff wird im Längshohlraum 3 des Druckspeichers 2 gespeichert und über die Injektoranschlüsse 4 verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt. Zur Festlegung des Kraftstoffverteilers 1 an einem Verbrennungsmotor sind Montagehalter 5 vorgesehen.
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Das öffnungsseitige Ende 6 des Druckspeichers 2 ist als Gewindestutzen 7 ausgebildet und weist ein Innengewinde 8 auf. Der Gewindestutzen 7 steht mit dem Längshohlraum 3 des Druckspeichers 2 in Verbindung.
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Um das Ende 6 druckdicht zu verschließen, wird ein Gewindeeinsatz 9, 10, 11 in den Gewindestutzen 7 eingeschraubt.
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Eine erste Ausführungsform eines Gewindeeinsatzes 9 ist anhand der 1 bis 3 erläutert.
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Die 4 und 5 zeigen eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Gewindeeinsatzes 10.
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Die Darstellungen der 6 bis 8 zeigen eine dritte Ausführungsform eines Gewindeeinsatzes 11.
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Jeder Gewindeeinsatz 9, 10, 11 weist einen Gewindeabschnitt 12 mit einem auf das Innengewinde 8 des Gewindestutzens 7 abgestimmten Außengewinde 13 auf. Vom Gewindeabschnitt 12 aus nach innen in Richtung zum Längshohlraum 3 schließt sich an den Gewindeabschnitt 12 ein Zylinderabschnitt 14 an, der einen konischen Endabschnitt 15 aufweist.
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An dem konischen Endabschnitt 15 ist eine Dichtfläche 16 ausgebildet. Im Druckspeicher 2 ist in einem Dichtkonus 17 ein Dichtsitz 18 ausgebildet. Mit der Dichtfläche 16 gelangt der Gewindeeinsatz 9, 10, 11 am Dichtsitz 18 druckdicht zur Anlage.
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Jeder Gewindeeinsatz 9, 10, 11 weist stirnseitig eine zentrische von außen zugängliche Ausnehmung 19 auf. In der Ausnehmung 19 ist ein Innenmehrkant 20 in Form eines Innensechskants ausgebildet. Der Innenmehrkant 20 dient als Werkzeugangriff für ein Außenmehrkantwerkzeug. Durch Einführen des Werkzeugs in den Innenmehrkant 20 und Betätigen des Werkzeugs wird der Gewindeeinsatz 9, 10, 11 in den Gewindestutzen 7 eingeschraubt. Hierbei gelangt die vordere zum Längshohlraum 3 gerichtete Dichtfläche 16 am Dichtsitz 18 druckdicht zur Anlage. Im Bedarfsfall kann der Gewindeeinsatz 9, 10, 11 auch durch Betätigung des Werkzeugs in umgekehrter Schraubrichtung aus dem Gewindestutzen 7 und dem Druckspeicher 2 entfernt werden.
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Der Gewindeeinsatz 9 wie in den 1 bis 3 zu erkennen, weist einen Leckagepfad 21 auf. Der Leckagepfad 21 ist durch axial verlaufende Nuten 22 im Außengewinde 13 gebildet. Die Nuten 22 verlaufen parallel zur Längsachse des Gewindeeinsatzes 9 und schneiden die Gewindegänge des Außengewindes 13. Die Nuten 22 bzw. der Leckagepfad 21 erstrecken sich bis zur Stirnseite 23 des Gewindeeinsatzes 9 und stellen eine Verbindung nach außen zur Umgebung her.
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Der montierte Gewindeeinsatz 9 dichtet den Längshohlraum 3 mit seiner Dichtfläche 16 am Dichtsitz 18 ab. Bei der Dichtheitsprüfung wird der Druckspeicher 2 unter Druck mit Prüfgas beaufschlagt. Bei einer Undichtigkeit im Bereich des Dichtsitzes 18 gelangt Prüfgas über den Leckagepfad 21 an die Außenseite des Gewindeeinsatzes 9 und kann hier mit geeigneten Prüfgeräten schnell und zuverlässig ermittelt werden.
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Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Gewindeeinsatz 10 ist ein Leckagepfad 24 in Form einer im Zylinderabschnitt 14 eingebrachten Querbohrung 25 erzeugt. Diese steht mit der Ausnehmung 19 im Gewindeeinsatz 10 in Verbindung. Hierzu ist die Ausnehmung 19 durch eine Sackbohrung 26 verlängert. Die Querbohrung 25 und die Sackbohrung 26 kreuzen sich, so dass ausweichendes Prüfgas über die Querbohrung 25 und die Sackbohrung 26 in die Ausnehmung 19 gelangt, wo eine Detektion erfolgen kann.
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Bei dem anhand der 6 bis 9 erläuterten Ausführungsbeispiel ist ein Gewindeeinsatz 11 vorgesehen, der, wie zuvor beschrieben, mit seiner Dichtfläche 16 am innen liegenden konischen Endabschnitt 15 druckdicht an dem im Dichtkonus 17 des Druckspeichers 2 ausgebildeten Dichtsitzes 18 zur Anlage gelangt. Ein Leckagepfad 27 ist durch eine zwischen dem Außenumfang des Zylinderabschnitts 14 und einem Innenumfangsabschnitt 28 des Druckspeichers 2 vorgesehene Freimachung 29 ausgebildet. Die Freimachung 29 kommuniziert mit einer Querbohrung 30 in der Wand des Druckspeichers 2.
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Bei Undichtigkeiten im Bereich des Dichtsitzes 18 gelangt Prüfgas über die Freimachung 29 und die Querbohrung 30 nach außen und kann hier schnell und zuverlässig detektiert werden.
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Anhand der 10 und 11 ist ebenfalls ein Kraftstoffverteiler 1 erläutert. Der Kraftstoffverteiler 1 weist einen Druckspeicher 2 mit einem Längshohlraum 3 zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff auf. Das in der 10 dargestellte Ende 6 des Druckspeichers 2 ist als Gewindestutzen 7 ausgebildet und weist einen Gewindeabschnitt mit einem Innengewinde 8 auf. Im Druckspeicher 2 ist in einem Dichtkonus 17 ein Dichtsitz 18 ausgebildet. In das Innengewinde 8 des Gewindestutzens 7 ist ein Drucksensor bzw. eine Sensoranschlusseinheit 31 montiert. Hierzu weist die Sensoranschlusseinheit 31 einen Gewindeeinsatz 32 auf, der materialeinheitlich einstückig an einem Flansch 33 der Sensoranschlusseinheit 31 angegliedert ist. Der Gewindeeinsatz 32 weist einen Gewindeabschnitt 34 mit einem Außengewinde 35 auf. Am freien Ende schließt sich an den Gewindeabschnitt 34 ein Zylinderabschnitt 36 mit einem konischen Endabschnitt 37 an. Der konische Endabschnitt 37 ist als Dichtfläche 38 gestaltet.
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Zur Montage und Festlegung der Sensoranschlusseinheit 31 wird diese mit dem Gewindeeinsatz 32 in das Innengewinde 8 des Gewindestutzens 7 geschraubt. Hierbei gelangt der konische Endabschnitt 37 mit seiner Dichtfläche 38 im Dichtsitz 18 des Dichtkonus 17 zur Anlage.
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Der Gewindeeinsatz 32 weist einen Leckagepfad 39 auf. Der Leckagepfad 39 ist durch axial in Längsrichtung des Gewindeeinsatzes 32 verlaufende Nuten 40 im Außengewinde 35 gebildet.
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Vorzugsweise sind drei Nuten 40 auf einem Teilkreis von 120° versetzt auf dem Außenumfang des Gewindeeinsatzes 32 im Außengewinde 35 vorgesehen. Bei einem Dichtheitstest ausweichendes Gas kann über die Nuten 40 bzw. den Leckagepfad 39 nach außen entweichen und hier durch ein Prüfgerät festgestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Kraftstoffverteiler
- 2 -
- Druckspeicher
- 3 -
- Längshohlraum
- 4 -
- Injektoranschluss
- 5 -
- Montagehalter
- 6 -
- Ende von 2
- 7 -
- Gewindestutzen
- 8 -
- Innengewinde
- 9 -
- Gewindeeinsatz
- 10 -
- Gewindeeinsatz
- 11 -
- Gewindeeinsatz
- 12 -
- Gewindeabschnitt
- 13 -
- Außengewinde
- 14 -
- Zylinderabschnitt
- 15 -
- konischer Endabschnitt
- 16 -
- Dichtfläche
- 17 -
- Dichtkonus
- 18 -
- Dichtsitz
- 19 -
- Ausnehmung
- 20 -
- Innenmehrkant
- 21 -
- Leckagepfad
- 22 -
- Nut
- 23 -
- Stirnseite von 9
- 24 -
- Leckagepfad
- 25 -
- Querbohrung
- 26 -
- Sackbohrung
- 27 -
- Leckagepfad
- 28 -
- Innenumfangsabschnitt
- 29 -
- Freimachung
- 30 -
- Querbohrung
- 31 -
- Sensoranschlusseinheit
- 32 -
- Gewindeeinsatz
- 33 -
- Flansch
- 34 -
- Gewindeabschnitt
- 35 -
- Außengewinde
- 36 -
- Zylinderabschnitt
- 37 -
- konischer Endabschnitt
- 38 -
- Dichtfläche
- 39 -
- Leckagepfad
- 40 -
- Nuten
