DE102009038079A1

DE102009038079A1 - Kraftstoffzufuhrvorrichtung sowie Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung

Info

Publication number: DE102009038079A1
Application number: DE102009038079A
Authority: DE
Inventors: Xaver Stemmer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-20
Also published as: DE102009038079B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zur Befestigung an einem Zylinderkopf (12) einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Verbindungselement (22) und mit einem Kraftstoffverteilungselement (10), insbesondere einem Kraftstoffhochdruckspeicher (10), welches über das Verbindungselement (22) mit dem Zylinderkopf (12) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) in einem Endabschnitt einen Bereich (24) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, dass das Verbindungselement (22) in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf (12) verspannbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Kraftstoffzufuhrvorrichtung nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 15.
Die US 7143749 B1 offenbart eine Vorrichtung, um eine Kraftstoffverteilerleiste an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine zu befestigen, wobei die Kraftstoffverteilerleiste einen Hauptkanal aufweist, welcher senkrecht zu dessen Längserstreckungsrichtung von flüssigkeitsdichten Durchgängen durchzogen ist, und wobei diese Durchgänge von Befestigungsmitteln durchdrungen sind, die wiederum an dem Zylinderkopf angebracht sind, wodurch also die Kraftstoffverteilerleiste an dem Zylinderkopf befestigt ist.
Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, dass der Hauptkanal von den Durchgängen durchdrungen ist, was Strömungseigenschaften eines durch die Kraftstoffverteilerleiste aufgenommenen Kraftstoffs negativ beeinflusst. Darüber hinaus führt eine Druckbeaufschlagung des Hauptkanals infolge eines Drucks des Kraftstoffs zu einer Aufweitung des Hauptkanals, welche wiederum an den Verbindungsstellen, an denen die Durchgänge jeweils über einen Stoffschluss mit der Kraftstoffverteilerleiste verbunden sind, zu Spannungsspitzen, woraus Risse an den Verbindungsstellen und damit Undichtigkeiten der Vorrichtung resultieren.
Die JP 2001-289137 A offenbart eine Kraftstoffzufuhrleitung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Zufuhrleitung ebenso von Durchgängen durchdrungen ist, durch welche Befestigungsmittel führen, über welche die Kraftstoffzufuhrleitung an der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist.
Auf diese bekannte Lösung treffen die gleichen Nachteile zu, die schon in Bezug zu der ersten Vorrichtung genannt sind.
Aus der DE 41 28 086 A1 ist ein Brennstoffverteiler für Brennstoffeinspritzanlagen von Brennkraftmaschinen bekannt, welcher ebenso Durchgänge durch einen Strömungskanal des Brennstoffverteilers aufweist, die wiederum von Schrauben durchdrungen sind, über welche der Brennstoffverteiler an der Verbrennungskraftmaschine befestigt ist.
Auch diese Durchgänge beeinträchtigen ein Strömungsverhalten eines durch den Brennstoffverteiler aufgenommenen Kraftstoff negativ.
Die JP H09-317600 A beschreibt eine Kraftstoffverteilerleiste, welche über Befestigungsklammern an einer Verbrennungskraftmaschine befestigbar ist. Die Befestigungsklammern weisen Durchgangsöffnungen auf, über welche die Kraftstoffverteilerleiste an der Verbrennungskraftmaschine befestigbar ist. Nachteil dieser Vorrichtung ist, dass die Befestigung dieser Kraftstoffverteilerleiste an der Verbrennungskraftmaschine nur unzureichend steif erfolgen kann, was insbesondere in Zusammenhang mit immer größere werdenden Kraftstoffdrücken nachteilig ist.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine vorteilhafte Anbindung der Kraftstoffzufuhrvorrichtung an einen Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine ermöglicht ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst.
Eine erfindungsgemäße Kraftstoffzufuhrvorrichtung zur Befestigung an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine umfasst zumindest ein Verbindungselement und ein Kraftstoffverteilungselement, insbesondere einen Kraftstoffhochdruckspeicher. Das Kraftstoffverteilungselement ist dabei über das Verbindungselement mit dem Zylinderkopf verbindbar, wobei vorgesehen ist, dass das Verbindungselement in einem Endabschnitt einen Bereich aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, dass das Verbindungselement in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf verspannbar ist. Durch diese radiale Verspannbarkeit des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf ist einerseits eine besonders feste und steife Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Zylinderkopf darstellbar. Andererseits ist diese Verbindung in äußerst kurzer Zeit ausbildbar, was im Rahmen einer Montage der Kraftstoffzufuhrvorrichtung Montagezeit und damit Montagekosten einspart. Die Kraftstoffzufuhrvorrichtung ist also besonders schnell montierbar, was Gesamtkosten für eine Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrvorrichtung in einem äußerst geringen Rahmen hält.
Zur Verbindung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf ist das Verbindungselement beispielsweise in einer Aufnahme, insbesondere in einer Bohrung, des Zylinderkopfes aufnehmbar.
Verläuft das Verbindungselement im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Kraftstoffverteilungselements, also senkrecht zu einem Hauptkanal des Kraftstoffverteilungselements, so birgt dies den Vorteil, dass eine besonders gute Steifigkeit der Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kraftstoffverteilungselement gegeben ist. Diese Steifigkeit ist dabei um ein weiteres Maß gesteigert, wenn eine Mittelachse des Verbindungselements in Längserstreckungsrichtung desselbigen eine Mittelachse in Erstreckungsrichtung des Kraftstoffverteilungselements schneidet. Im Falle einer Belastung ergeben sich daraus keine Torsionsmomente, sondern lediglich Kräfte in Längsrichtung des Verbindungselements. Dies bedeutet eine besonders steife Verbindung. Zudem ist eine Lebensdauer dieser Verbindung in Folge des verbesserten Kraftflusses erhöht.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kraftstoffzufuhrvorrichtung zumindest ein Hülsenelement, insbesondere ein Mutterelement, umfasst, mittels welchem das Verbindungselement zumindest bereichsweise aufnehmbar ist und mittels welchem das Verbindungselement in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar durch eine Drehung des Hülsenelements von einer Montagestellung in eine Befestigungsstellung mit dem Zylinderkopf verspannbar ist. Durch das Hülsenelement ist eine Befestigung des Kraftstoffverteilungselements an dem Zylinderkopf ohne Relativbewegung, also Relativdrehung, des Verbindungselements zu dem Zylinderkopf ermöglicht. Dies bedeutet also, dass zunächst das Verbindungselement mit dem Kraftstoffverteilungselement verbunden werden kann, wonach eine Befestigung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf durch Drehung des Hülsenelements herstellbar ist, ohne das Verbindungselement bzw. das Kraftstoffverteilungselements relativ zum Zylinderkopf verdrehen zu müssen.
Dies ist insbesondere dann vorteilbehaftet, wenn eine Mehrzahl von Verbindungselementen zur besonders steifen und festen Verbindung des Kraftstoffverteilungselements mit dem Zylinderkopf vorgesehen ist. In einem solchen Falle ist eine Relativdrehung der einzelnen Verbindungselemente zu dem Zylinderkopf unter Umständen gar nicht mehr möglich, da diese bereits an dem Kraftstoffverteilungselements fixiert sind.
Natürlich könnten die Verbindungselemente auch zuerst mit dem Zylinderkopf verbunden werden und erst dann die Verbindung zwischen den einzelnen Verbindungselementen und dem Kraftstoffverteilungselement hergestellt werden. In einem solchen Falle bedeutet allerdings eine Relativdrehung der Verbindungselemente eine Bewegung der Verbindungselemente zueinander, die beispielsweise außerhalb einer gewissen Toleranz liegen kann, woraufhin die Befestigung des Kraftstoffverteilungselements an den Verbindungselementen problematisch oder gar nicht mehr möglich ist. Dies ist durch das Vorsehen des Hülsenelements vermieden, da es dieses erlaubt, das Verbindungselement bzw. die Verbindungselemente ohne Relativdrehung dieses bzw. dieser mit dem Zylinderkopf zu verbinden.
Ein weiterer Vorteil, der aus dem Vorsehen des Hülsenelements resultiert, ist der, dass die Drehung des Hülsenelements zwischen dessen Montagestellung und Befestigungsstellung maximal 30°, insbesondere maximal 15°, beträgt. Dies hat insbesondere gegenüber Schrauben den Vorteil, dass das Hülsenelement nicht eine oder gar mehrere volle Umdrehungen durchführen muss, um das Verbindungselement mit dem Zylinderkopf fest zu verbinden. Vielmehr ist nur eine geringe und schnell auszuführende Teildrehung von Nöten, was die Montagezeit und damit die Montagekosten um ein weiteres Maß absenkt.
Vorteilhafter Weise weist das Hülsenelement in dessen Mantelfläche zumindest einen Spalt auf, welcher im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des Hülsenelements zumindest von einer Stirnseite des Hülsenelements her in der Mantelfläche ausgebildet ist und die Mantelfläche in radialer Richtung des Hülsenelements komplett durchdringt. Es handelt sich bei diesem Spalt also um eine Durchgangsöffnung in der Mantelfläche des Hülsenelements, welche zumindest einseitig nicht durch eine Wandung des Hülsenelements oder dergleichen begrenzt ist. Dieser Spalt ermöglicht es, dass das Hülsenelement bei dessen Verbringung von seiner Montagestellung in seine Befestigungsstellung aufweitet, wodurch das Hülsenelement mit dem Zylinderkopf in radialer Richtung verspannbar ist. Möglich ist auch, dass eine Mehrzahl von Spalten vorgesehen ist, die in Umfangsrichtung des Hülsenelements verteil in dessen Mantelfläche ausgebildet sind. Beispielsweise handelt es sich dabei um gegenläufige Spalte, von welchen eine Teilanzahl von der einen Stirnseite und eine weitere Teilanzahl von der anderen, der einen Stirnseite gegenüberliegenden Stirnseite des Hülsenelements her in dessen Mantelfläche ausgebildet ist. Dabei folgt in Umfangsrichtung des Hülsenelements abwechselnd ein Spalt der einen Teilanzahl auf einen Spalt der anderen Teilanzahl, der wiederum von einem Spalt der einen Teilanzahl gefolgt ist usw.
Weiterhin ist das Verbindungselement mit dem Hülsenelement radial verspannbar, wodurch also eine mittelbare, radiale Verspannung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf ermöglicht ist.
Eine weitere Möglichkeit zur Verbesserung des Aufweitens ist dadurch gegeben, dass das Hülsenelement in dessen Mantelfläche zumindest einen sich in Längserstreckungsrichtung des Hülsenelements erstreckenden Bereich aufweist, in welchem eine Wandstärke des Hülsenelements im Vergleich zu der überwiegenden Wandstärke des Hülsenelements im Bereich dessen Mantelfläche reduziert ist. Die Ausführungsformen des Spalts bzw. der Spalte sind dabei analog auf diesen Bereich reduzierter Wandstärke anwendbar.
Alternativ zum Aufweiten kann es der Spalt und/oder der Bereich reduzierter Wandstärke ermöglichen, dass sich das Hülsenelement bei seiner Drehung von dessen Montagestellung in dessen Befestigungsstellung einschnürt, wodurch einerseits das Verbindungselement mit dem Hülsenelement radial verspannbar und andererseits das Hülsenelement mit dem Zylinderkopf radial verspannbar ist.
Das bedeutet also, dass die Verspannung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf in radialer Richtung in einerseits nur kurzer Zeit und andererseits ohne zusätzliche Befestigungsmittel geschehen kann, was die Montagezeit und die Montagekosten als auch das Gesamtgewicht der Kraftstoffzufuhrvorrichtung in einem geringen Rahmen hält.
Dadurch, dass zusätzliche Befestigungsmittel obsolet sind, ergibt sich auch der Vorteil, dass eine Teileanzahl der erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrvorrichtung gering ist, woraus geringe Gesamtkosten resultieren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der besagte Spalt sowohl einerseits als auch andererseits nicht durch eine Wandung des Hülsenelements begrenzt sein kann, also sich von der einen Stirnfläche zu der gegenüberliegenden Stirnfläche des Hülsenelements komplett erstreckt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Verbindungselement auf einer dem Kraftstoffverteilungselement zugewandten Seite des Hülsenelements einen Anschlag aufweist, mit welchem das Hülsenelement abstützbar ist. Dadurch ist eine Verliersicherung geschaffen, welche das Handling während der Montage der Kraftstoffzufuhrvorrichtung vereinfacht. Es müssen also keine weiteren Mittel vorgesehen sein, und der Monteur muss nicht in besonderem Maße aufpassen, dass das Hülsenelement bzw. das Verbindungselement nicht verloren geht, was die Montagezeit um ein weiteres Maß positiv beeinflusst. Weiterhin ermöglich ein solcher Anschlag eine axiale Festlegung des Hülsenelements und damit eine genaue Lagedefinition, was der Montage ebenso zuträglich ist.
Eine weitere Vereinfachung des Handlings ist dadurch gegeben, dass das Verbindungselement auf einer dem Kraftstoffverteilungselement abgewandten Seite des Hülsenelements einen Anschlag aufweist, mittels welchem das Hülsenelement abstützbar ist. Das bedeutet, dass also alternativ, bevorzugter Weise aber ergänzend, zu dem ersten Anschlag ein weiterer Anschlag vorgesehen ist, wodurch sich das Verbindungselement und das Hülsenelement nicht voneinander trennen und somit verloren gehen können.
Vorteilhafter Weise ist der bzw. sind die Anschläge einstückig mit dem Verbindungselement ausgebildet. Bei dem ersten Anschlag kann es sich beispielsweise um einen Anschlag handeln, der bei einem Umformen oder Urformen zur Herstellung des Verbindungselements an dem Verbindungselement ausgebildet wird. Der zweite Anschlag wird beispielsweise nach Aufbringen des Hülsenelements auf das Verbindungselements durch Umbördeln einer entsprechenden Kante des Verbindungselements an demselbigen ausgebildet.
Weist das Hülsenelement eine Außenverzahnung auf, mittels welcher dieses von der Montagestellung in die Befestigungsstellung verbringbar ist, so ergibt sich daraus der Vorteil, dass Kräfte bzw. Momente zur radialen Verspannung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf besonders günstig aufbringbar sind. Bei einer derartigen Verzahnung kann es sich beispielsweise um eine Verzahnung gemäß einer Nutmutter nach DIN 70852 handeln.
Als Anzugsmoment für ein derartiges Hülsenelement sind beispielsweise ca. 50 Newtonmeter vorgesehen. Zur Herstellung der radialen Spannung in Folge einer Drehung des Hülsenelements sind beispielsweise eine Verdrehmöglichkeit zum Anziehen bzw. zum Lösen mit ca. 30° Vorhalt und ein Drehwinkel von ca. 15° vorgesehen.
Wie aus der Beschreibung bisher hervorgegangen ist, ist bei der erfindungsgemäßen Kraftstoffzufuhrvorrichtung also bei der Montage ein Fügespiel vorgesehen, welches nach radialer Verspannung des Verbindungselements mit dem Zylinderkopf, beispielsweise durch die Drehung des Hülsenelements, verschwindet. Dies bedeutet also, dass zunächst das Verbindungselement und das Hülsenelement einfach zueinander und in Bezug zu dem Zylinderkopf montierbar sind. Anschließend wird das Fügespiel durch radiales Verspannen aufgehoben und eine feste und steife Verbindung mit dem Zylinderkopf ausgebildet.
Eine derartige Verbindung, die also bei einer Montage ein Fügespiel aufweist, welches nach radialer Verspannung aufgehoben wird, ist vorteilhafter Weise durch eine Kreiskeil-Verbindung darstellbar. So ist bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Verbindungselement in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar durch eben eine solche Kreiskeil-Verbindung mit dem Zylinderkopf verspannbar ist, wobei diese Kreiskeil-Verbindung beispielsweise drei Kreiskeile umfasst.
In diesem Zusammenhang ist beispielsweise vorgesehen, dass zumindest ein Kreiskeil der Kreiskeil-Verbindung an einer äußeren Mantelfläche des Verbindungselements ausgebildet ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn kein Hülsenelement zur Kopplung des Kraftstoffverteilungselements an dem Zylinderkopf vorgesehen ist. Dann ist zumindest ein korrespondierender Kreiskeil am Zylinderkopf vorzusehen.
Ebenso kann dies aber vorgesehen sein, wenn die besagte Kreiskeil-Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Hülsenelement ausgebildet ist. In einem solchen Fall ist dann beispielsweise eine äußere Mantelfläche des Hülsenelements im Wesentlichen kreiszylinderförmig und in einer entsprechenden, korrespondierenden Aufnahme des Zylinderkopfes aufnehmbar. Eine innere Mantelfläche des Hülsenelements weist dann zumindest einen Kreiskeil auf, der zu dem Kreiskeil des Verbindungselements korrespondiert. Bei einer Drehung des Hülsenelements ergibt sich durch die Kreiskeil-Verbindung eine radiale Verspannung zwischen dem Verbindungselement und dem Hülsenelement. Infolge dieser Verspannung weitet das Hülsenelement auf und ist dadurch in einer entsprechenden Aufnahme im Zylinderkopf mit diesem in Anlage verbringbar und mit dem Zylinderkopf in radialer Richtung des Hülsenelements verspannbar. Der oben genannte Spalt bzw. die reduzierte Wandstärke kann dieses Aufweiten unterstützen.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die äußere Mantelfläche des Verbindungselements ebenso wie die innere Mantelfläche des Hülsenelements glatt, also im Wesentlichen kreiszylinderförmig, ausgebildet sind, wobei zumindest ein Kreiskeil der Kreiskeil-Verbindung an der äußeren Mantelfläche des Hülsenelements ausgebildet ist.
In diesem Falle ist bei dem Zylinderkopf die entsprechende Gegenkontur der Kreiskeil-Verbindung vorzusehen. Bei Drehung des Hülsenelements von seiner Montage- in die Befestigungsstellung ergibt sich daraus also eine radiale Verspannung des Hülsenelements mit dem Zylinderkopf durch die Kreiskeil-Verbindung. Infolge dieser Verspannung schnürt das Hülsenelement ein, wodurch das Hülsenelement auch mit dem Verbindungselement radial verspannt bzw. verspannbar ist. Diese Einschnürung kann, ebenso wie die Aufweitung, durch den oben beschriebenen Spalt bzw. die reduzierte Wandstärke unterstützt werden. Die Kreiskeile folgen beispielsweise im Wesentlichen einem Verlauf einer logarithmischen Spirale.
Bei jeglichen Ausführungsformen der Kreiskeil-Verbindung in Zusammenhang mit dem Hülsenelement und dem Verbindungselement ist in radialer Richtung des Hülsenelements eine beidseitige Verspannung desselbigen ermöglicht, wodurch einerseits das Verbindungselement mit dem Hülsenelement und andererseits das Hülsenelement mit dem Zylinderkopf radial verspannbar ist, woraus letztendlich eine mittelbare Verspannung des Verbindungselements in dessen radialer Richtung mit dem Zylinderkopf folgt.
Das Vorsehen des Hülsenelements hat dabei die Vorteile einer einfacheren Montage inne, da keine genaue Ausrichtung der Elemente, beispielsweise keine bestimmte Soll-Winkel-Stellung des Verbindungselements relativ zum Zylinderkopf vonnöten ist. Dies resultiert daraus, dass durch das Hülsenelement mindestens zwei im Wesentlichen kreiszylinderförmige, korrespondierende Mantelflächen vorgesehen sein können, die in beliebiger Winkelstellung zueinander positionierbar sind, in denen die Kraftstoffzufuhrvorrichtung am Zylinderkopf montierbar ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass der erfindungsgemäße Spalt ein Aufweiten oder ein Einschnüren des Hülsenelements positiv unterstützt aber nicht zwingend vorgesehen sein muss, da beispielsweise eine Kreiskeil-Verbindung alleine schon ein Zuschnüren bzw. ein Aufweiten des Hülsenelements bewirkt.
Weist das Verbindungselement eine zumindest bereichsweise zu einer Außenkontur des Kraftstoffverteilungselements korrespondierende Aufnahme auf, mittels welcher das Kraftstoffverteilungselement zumindest bereichsweise aufnehmbar oder aufgenommen ist, so hat diese Ausführungsform den Vorteil inne, dass dadurch zum einen eine besonders definierte und feste Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kraftstoffverteilungselement ausbildbar ist. Zum anderen ermöglicht dies eine besonders schnelle Montage, da die Aufnahme dann eine Soll-Position des Kraftstoffverteilungselements relativ zu dem Verbindungselement vorgibt und nicht mehrere Möglichkeiten gegeben sind, das Kraftstoffverteilungselement und das Verbindungselement miteinander zu verbinden. Dies senkt die Montagezeit und damit die Montagekosten weiterhin ab.
Die Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Kraftstoffverteilungselement ist beispielsweise durch zumindest eine Lötverbindung dargestellt. Dies ist insofern vorteilbehaftet, als eine Lötverbindung einen nur geringen Energieeintrag in die entsprechenden Bauteile bedeutet, wodurch ein Wärmeverzug vermieden bzw. auf ein Minimum reduzierbar ist.
Umfasst die Kraftstoffzufuhrvorrichtung zumindest eine Feststelleinrichtung, mittels welcher das Verbindungselement in einer Soll-Stellung, insbesondere in einer Soll-Winkel-Stellung bezogen auf eine Drehachse des Verbindungselements, haltbar ist, so ist dies insbesondere dann vorteilbehaftet, wenn ein Hülsenelement beispielsweise nicht vorgesehen ist, und das Verbindungselement über eine Drehbewegung desselbigen mit dem Zylinderkopf verspannbar ist, was beispielsweise dann der Fall sein kann, wenn die beschriebene Kreiskeil-Verbindung zwischen dem Verbindungselement und dem Zylinderkopf ausgebildet ist bzw. ausbildbar ist. In einem solchen Fall muss, wie ebenfalls schon angedeutet, eine bestimmte Position mehrerer Verbindungselemente zueinander gegeben sein, um ein unproblematisches Koppeln des Kraftstoffverteilungselements an die mehreren Verbindungselemente zu ermöglichen.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung zur Befestigung an einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Kraftstoffzufuhrvorrichtung zumindest ein Verbindungselement und ein Kraftstoffverteilungselement, insbesondere einen Kraftstoffhochdruckspeicher, aufweist, welches über das Verbindungselement mit dem Zylinderkopf verbindbar ist, wobei erfindungsgemäß in einem ersten Schritt ein Bereich in einem Endabschnitt des Verbindungselements ausgebildet wird, über welchen das Verbindungselement in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf verspannbar ist. In einem weiteren Schritt wird das Verbindungselement mit dem Kraftstoffverteilungselement gekoppelt und zwar über einen Bereich eines Endabschnitts des Verbindungselements, welcher dem Endabschnitt gemäß dem vorhergehenden Schritt gegenüber liegt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Kraftstoffzufuhrvorrichtung sind dabei als vorteilhafte Ausführungsformen für das Verfahren anzusehen und umgekehrt.
Auf das erfindungsgemäße Verfahren treffen somit auch alle in Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschriebenen Vorteile zu, wonach also eine besonders steife Verbindung zwischen dem Kraftstoffverteilungselement und dem Zylinderkopf ausbildbar ist, und das in besonders kurzer Zeit. Dies wirkt sich, wie bereits beschrieben, positiv auf die Montagezeit und die Montagekosten aus.
Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nach dem beschriebenen ersten und vor dem beschriebenen zweiten Schritt das Verbindungselement an den Zylinderkopf angekoppelt wird. Somit findet also eine Kopplung zwischen dem Zylinderkopf und dem Verbindungselement statt, und zwar bevor das zumindest eine Verbindungselement mit dem Kraftstoffverteilungselement verbunden wird. Dabei kann ein Hülsenelement vorgesehen sein, was eine Relativbewegung, insbesondere eine Relativdrehung des Verbindungselements zu dem Zylinderkopf, obsolet macht. Nichtsdestotrotz, beispielsweise bei geeigneten Vorkehrungen, ist jedoch auch auf ein solches Hülsenelement verzichtbar, was allerdings eine genauere Ausrichtung des Verbindungselements zu dem Zylinderkopf bzw. mehrerer Verbindungselemente zueinander zur problemlosen Anbringung des Kraftstoffverteilungselements an diesen Verbindungselementen erfordert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und/oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnungen zeigen in:
1 eine Seitenansicht sowie eine perspektivische Schnittansicht einer Verbindung eines Kraftstoffhochdruckspeichers mit einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, sowie einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung mit einem Verbindungselement und mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher, wobei der Kraftstoffhochdruckspeicher über das Verbindungselement mit dem Zylinderkopf verbunden ist und wobei das Verbindungselement mit dem Zylinderkopf in dessen radialer Richtung über ein Hülsenelement radial verspannt ist,
2 eine perspektivische Ansicht des Hülsenelements gemäß 1,
3 eine perspektivische Ansicht des Verbindungselements gemäß 1,
4 abschnittsweise ein perspektivische Ansicht der Kraftstoffzufuhrvorrichtung gemäß 1 mit einem entsprechenden Montagewerkzeug und
5 eine perspektivische Ansicht des Montagewerkzeugs gemäß 4.
Während die 1 eine Verbindung eines Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Zylinderkopf einer Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Stand der Technik zeigt, zeigen die 1 bis 5 auch eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung, bei welcher ein Kraftstoffverteilungselement über ein Verbindungselement verbessert an den Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine koppelbar ist.
Die 1 zeigt einerseits einen Kraftstoffhochdruckspeicher 10, der wie aus dem Stand der Technik bekannt mit einem Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist. Diese Verbindung ist gemäß Darstellung A in einer perspektivischen Schnittansicht dargestellt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 10 weist einen Durchgang 14 auf, welcher einen Hauptkanal 16 des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 komplett durchdringt. Zur Befestigung des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 an dem Zylinderkopf 12 durchdringt nun eine Schraube den Durchgang 14, wodurch eine axiale Verspannung, also in axialer Richtung des Durchgangs 14, darstellbar ist. Wie der Darstellung A einfach zu entnehmen ist, beeinträchtigt der Durchgang 14 ein Strömung eines in dem Hauptkanal 16 aufnehmbaren Kraftstoffes. Darüber hinaus führt eine Druckbeaufschlagung des Hauptkanals 16 infolge eines Drucks des Kraftstoffs zu einer Aufweitung des Hauptkanals 16, welche wiederum an der Verbindungsstelle, an der der Durchgang 14 über einen Stoffschluss mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 10 verbunden ist, zu Spannungsspitzen, woraus Risse an der Verbindungsstelle und damit eine Undichtigkeit der des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 resultieren.
Zudem erfolgt die Befestigung des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 an einem Zylinderkopf 12 durch mehrmaliges Drehen der nicht dargestellten Schrauben, was eine lange Zeit in Anspruch nimmt.
Zur Vermeidung dieser Nachteile zeigt die 1 andererseits eine Kraftstoffzufuhrvorrichtung 20, welche den Kraftstoffhochdruckspeicher 10 sowie ein Verbindungselement 22 umfasst.
Die Verbindung des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 mit dem Zylinderkopf 12 ist gemäß Darstellung B verdeutlicht. Das Verbindungselement 22 weist in einem Endabschnitt einen Bereich 24 auf, welcher dazu ausgebildet ist, dass das Verbindungselement in dessen radialer Richtung mit dem Zylinderkopf 12 verspannbar ist. Dazu ist das Verbindungselement 22 bereichsweise durch ein Hülsenelement 26 aufgenommen. Das Hülsenelement 26 ist wiederum in einer Aufnahme des Zylinderkopfs 12 aufgenommen. Das Verbindungselement 22 ist nun über das Hülsenelement 26 mit dem Zylinderkopf 12 in radialer Richtung des Verbindungselements verspannt.
Das Verbindungselement 22 weist eine zu einer Außenkontur des Kraftstoffhochdruckspeichers 10 korrespondierende Aufnahme 28 auf, mittels welcher der Kraftstoffhochdruckspeicher 10 aufgenommen ist. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 10 und das Hülsenelement 22 sind über eine Lötverbindung miteinander verbunden. Genaue Details dieser Verbindung ergeben sich aus den 2 bis 5.
Die 2 zeigt das Hülsenelement 26 in einer perspektivischen Ansicht. Wie der 2 zu entnehmen ist, ist eine äußere Mantelfläche 30 des Hülsenelements 26 glatt und im Wesentlichen kreiszylinderförmig ausgebildet. Eine innere Mantelfläche 32 weist indes drei Kreiskeile einer Kreiskeil-Verbindung auf. Das Verbindungselement 22 weist an einer äußeren Mantelfläche 34 (3) entsprechende Gegenprofile in Form dreier Kreiskeile auf, wodurch also eine Kreiskeil-Verbindung mit drei Kreiskeilen zwischen dem Verbindungselement 22 und dem Hülsenelement 26 ausbilbbar ist.
Bekannter Maßen existiert bei einer solchen Kreiskeil-Verbindung zunächst ein Fügespiel zischen dem Hülsenelement 26 und dem Verbindungselement 22. Bei Drehung des Hülsenelements 26 relativ zum Verbindungselement 22 wird das Fügespiel aufgehoben und die entsprechenden Kreiskeil-Profile kommen in Anlage. Bei weiterer Drehung erfolgt eine Verspannung zwischen dem Hülsenelement 26 und dem Verbindungselement 22 in deren radialer Richtung.
Das Hülsenelement 26 weist zudem einen Spalt 36 auf, welcher eine Aufweitung des Hülsenelement 26 bei dessen Verdrehung von seiner Montagestellung bzw. Fügestellung in seine Befestigungsstellung begünstigt. Durch Aufweitung des Hülsenelements 26 erfolgt somit auch eine radiale Verspannung zwischen dem Hülsenelements 26 und dem Zylinderkopf 12. Somit ist also das Verbindungselement 22 mittelbar über das Hülsenelement 26 mit dem Zylinderkopf 12 in radialer Richtung des Verbindungselements 22 verspannt und somit auch der Kraftstoffhochdruckspeicher 10 mit dem Zylinderkopf 12 fest, steif und in kurzer Zeit verbunden.
Zur Verbesserung des Handlings während einer Montage der Kraftstoffzufuhrvorrichtung 20 weist das Verbindungselement 22 einen ersten Anschlag 38 in Form eines Absatzes auf, mittels welchem das Hülsenelement 26 abstützbar ist.
Ebenso ist ein weiterer Anschlag 40 in Form eines Bördels vorgesehen, mittels welchem das Hülsenelement 26 in die entgegengesetzte Richtung abstützbar ist. Daraus resultieren geringere Montage und damit geringere Gesamtkosten für die Kraftstoffzufuhrvorrichtung 20.
Zum Aufbringen eines nötigen Anzugs, bzw. Lösemoments für das Hülsenelement 26 weist dieses eine Außenverzahnung 41 auf.
Mittels dieser Außenverzahnung 41 ist die Drehung des Hülsenelements 26 beispielsweise mittels des in den 4 und 5 dargestellten Werkzeugs 42 möglich. Das Werkzeug 42 weist dazu eine zu der Außenverzahnung 41 korrespondierende Verzahnung 44 auf. Zur Aufbringung des benötigten Moments weist das Werkzeug 42 ebenso eine entsprechende Aufnahme 46 auf, mittels welcher beispielsweise eine Verlängerung 48 eines Drehmomentsschlüssels aufnehmbar ist. Ein notwendiger Drehwinkel kann beispielsweise 15° betragen. Dabei sollte eine Verdrehmöglichkeit zum Anziehen bzw. Lösen mit einem Vorhalt von ca. 30° vorgesehen sein. Durch die Verzahnung 44 bzw. die Außenverzahnung 41, welche beispielsweise einer Nutmutter gemäß DIN 70582 entspricht, sind mehrere Wirkflächen geschaffen, um einen Anzugsmoment von beispielsweise 50 Newtonmeter zu übertragen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7143749 B1 [0002]
JP 2001-289137 A [0004]
DE 4128086 A1 [0006]
JP 09-317600 A [0008]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 70852 [0027]
DIN 70582 [0063]

Claims

Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zur Befestigung an einem Zylinderkopf (12) einer Verbrennungskraftmaschine mit zumindest einem Verbindungselement (22) und mit einem Kraftstoffverteilungselement (10), insbesondere einem Kraftstoffhochdruckspeicher (10), welches über das Verbindungselement (22) mit dem Zylinderkopf (12) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) in einem Endabschnitt einen Bereich (24) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, dass das Verbindungselement (22) in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf (12) verspannbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) im Wesentlichen senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Kraftstoffverteilungselements (10) verläuft.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zumindest ein Hülsenelement (26), insbesondere ein Mutterelement (26), umfasst, mittels welchem das Verbindungselement (22) zumindest bereichsweise aufnehmbar ist und mittels welchem das Verbindungselement (22) in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar durch eine Drehung des Hülsenelements (26) von einer Montagestellung in eine Befestigungsstellung mit dem Zylinderkopf (12) verspannbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Hülsenelements (26) zwischen dessen Montagestellung und dessen Befestigungsstellung maximal 30°, insbesondere maximal 15°, beträgt.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (26) in dessen Mantelfläche (30) zumindest einen Spalt (36) aufweist, welcher im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des Hülsenelements (26) zumindest von einer Stirnseite des Hülsenelements (26) her in der Mantelfläche (30) ausgebildet ist und die Mantelfläche (30) in radialer Richtung des Hülsenelements (26) komplett durchdringt.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (26) in dessen Mantelfläche (30) zumindest einen sich in Längserstreckungsrichtung des Hülsenelements (26) erstreckenden Bereich aufweist, in welchem eine Wandstärke des Hülsenelements im Vergleich zu der überwiegenden Wandstärke des Hülsenelements im Bereich der Mantelfläche (30) reduziert ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) auf einer dem Kraftstoffverteilungselement (10) zugewandten Seite des Hülsenelements (26) einen Anschlag (38) aufweist, mittels welchem das Hülsenelement (26) abstützbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) auf einer dem Kraftstoffverteilungselement (10) abgewandten Seite des Hülsenelements (26) einen Anschlag (40) aufweist, mittels welchem das Hülsenelement (26) abstützbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement (26) eine Außenverzahnung (41) aufweist, mittels welcher das Hülsenelement (26) von der Montagestellung in die Befestigungsstellung verbringbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zumindest eine Feststelleinrichtung umfasst, mittels welcher das Verbindungselement (22) und/oder das Hülsenelement (26) in einer Soll-Stellung, insbesondere in einer Soll-Winkel-Stellung bezogen auf eine Drehachse des Verbindungselements (22), haltbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar durch eine Kreiskeil-Verbindung mit dem Zylinderkopf (12) verspannbar ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kreiskeil der Kreiskeil-Verbindung an einer äußeren Mantelfläche (34) des Verbindungselements (22) ausgebildet ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach Anspruch 11 in dessen Rückbezug auf einen der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kreiskeil der Kreiskeil-Verbindung an einer äußeren Mantelfläche (30) des Hülsenelements (26) ausgebildet ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22) eine zumindest bereichsweise zu einer Außenkontur des Kraftstoffverteilungselements (10) korrespondierende Aufnahme (18) aufweist, mittels welcher das Kraftstoffverteilungselement (10) zumindest bereichsweise aufnehmbar oder aufgenommen ist.
Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstoffverteilungselement (10) und das Verbindungselement (22) über zumindest eine Lötverbindung verbunden sind.
Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zur Befestigung an einem Zylinderkopf (12) einer Verbrennungskraftmaschine, wobei die Kraftstoffzufuhrvorrichtung (20) zumindest ein Verbindungselement (22) und ein Kraftstoffverteilungselement (10), insbesondere einen Kraftstoffhochdruckspeicher (10), aufweist, welches über das Verbindungselement (22) mit dem Zylinderkopf (12) verbindbar ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Ausbilden eines Bereiches (24) in einem Endabschnitt des Verbindungselements (22), über welchen das Verbindungselement (22) in dessen radialer Richtung zumindest mittelbar mit dem Zylinderkopf (12) verspannbar ist, b) Koppeln des Verbindungselements (22) über einen Bereich eines Endabschnitts des Verbindungselements (22), welcher dem Endabschnitt gemäß Schritt a) gegenüberliegt, mit dem Kraftstoffverteilungselement (10).