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Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem, insbesondere für ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Kraftstoffeinspritzsysteme für Kraftfahrzeuge weisen herkömmlich eine Kraftstoffsammelleitung (auch Common Rail genannt) auf. Fluid wird von einer Hochdruckpumpe aus einem Tank unter Beaufschlagung eines Drucks in die Kraftstoffsammelleitung gefördert. Mit der Kraftstoffsammelleitung ist eine Mehrzahl von Injektoren gekoppelt. Die Injektoren sind jeweils eingerichtet, Fluid in einen jeweiligen Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Mit der Kraftstoffsammelleitung können elektronische Bauteile gekoppelt sein. Diese werden beispielsweise in die Kraftstoffsammelleitung eingeschraubt. Um im Betrieb an eine Stromversorgung und/oder an eine Steuervorrichtung angeschlossen werden zu können, muss ein elektrischer Anschluss des elektronischen Bauteils eine vorgegebene Lage annehmen. Beispielsweise wird dazu die rotatorische Lage des Steckers definiert. Dabei sind herkömmlich Toleranzen zu berücksichtigen. Diese Toleranzen ergeben sich daraus, dass das elektronische Bauteil verschraubt wird und jede Toleranz von Bauteilhöhe oder Gewindeeinflüssen zu anderen Endlagen des Anschlusses führen kann.
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Die Druckschrift
DE 60 2006 000 422 T2 offenbart eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung für eine Brennkraftmaschine, die eine Sammelleitung zum Speichern von Hochdruckkraftstoff aufweist.
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Die Druckschrift
DE 603 07 335 T2 offenbart eine Montageanordnung eines elektromagnetischen Ventils, wobei die Montageanordnung ein elektromagnetisches Ventil zum Regulieren einer Strömung eines Hochdruckfluids sowie einen Kasten aufweist, der mit einer Aufnahmekammer zum Aufnehmen eines Ventilverbindungsteils des elektromagnetischen Ventils, einem Einström-Fluiddurchtritt und einem Ausström-Fluiddurchtritt ausgebildet ist, wobei der Einström-Fluiddurchtritt und der Ausström-Fluiddurchtritt entsprechend mit der Aufnahmekammer in Verbindung sind.
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Es ist wünschenswert, eine Anordnung anzugeben, die kostengünstig herstellbar ist und einfach zu montieren ist. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Anordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem eine Kraftstoffsammelleitung. Die Kraftstoffsammelleitung weist eine Ausnehmung mit einem Innengewinde entlang einer Längsachse auf. Die Anordnung umfasst ein elektronisches Bauteil mit einem elektrischen Anschluss. Das elektronische Bauteil weist ein Außengewinde auf, um das Bauteil in das Innengewinde einzuschrauben und mit einer vorgegebenen Vorspannkraft mit der Kraftstoffleitung zu koppeln. Die Kraftstoffsammelleitung weist einen axial dehnbaren Bereich auf, dessen axiale Länge sich beim Einschrauben des Bauteils so verlängert, dass der elektrische Anschluss in eine vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Kraftstoffsammelleitung drehbar ist. Dabei wird die vorgegebene Vorspannkraft beibehalten.
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Durch den dehnbaren Bereich ist es möglich, den Anschluss relativ zur Kraftstoffsammelleitung weiter zu drehen, nachdem das Bauteil weit genug eingeschraubt wurde, um die vorgegebene Vorspannkraft zu erreichen. Somit ist es möglich, eine sichere Vorspannung des Bauteils zu erreichen und das Bauteil auf die gewünschte vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Kraftstoffleitung zu drehen. Der dehnbare Bereich ist so ausgebildet, dass beim Einschrauben des elektronischen Bauteils in die Ausnehmung der Fließbereich des Materials des dehnbaren Bereichs erreicht wird. Dadurch werden auch bei einer weiteren Drehung des Innengewindes relativ zum Außengewinde konstante Axialkräfte übertragen. Somit ist es möglich, den elektrischen Anschluss des elektronischen Bauteils auf die vorgegebene Ausrichtung einzustellen und dabei die vorgegebene Vorspannkraft zu erzeugen beziehungsweise beizubehalten. Insbesondere kann auf zusätzliche Bauteile wie Überwurfmuttern oder ähnlichen Konstruktionsmerkmalen verzichtet werden. Dadurch ist die Anordnung kostengünstig.
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Insbesondere ist das elektronische Bauteil ein Hochdrucksensor. Der Hochdrucksensor ist mit der Kraftstoffsammelleitung verschraubbar, um den Druck des Fluids in der Kraftstoffsammelleitung zu ermitteln. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist das elektronische Bauteil ein Hochdruckventil, das mit der Kraftstoffsammelleitung verschraubbar ist. Das Hochdruckventil ist insbesondere eingerichtet, eine Fluidentnahme durch das Hochdruckventil aus der Kraftstoffsammelleitung zu steuern. Somit wird beispielsweise ein vorgegebener Druck in der Kraftstoffsammelleitung eingestellt. Der elektrische Anschluss ist insbesondere ein Stecker oder eine Buchse des elektronischen Bauteils. Über den elektrischen Anschluss sind beispielsweise Messwerte des Hochdrucksensors an eine Steuervorrichtung übermittelbar. Über den elektrischen Anschluss ist es beispielsweise möglich, Steuersignale an das Hochdruckventil zu übermitteln.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen ist der Anschluss relativ zu dem Außengewinde unbeweglich. Somit ist ein einfaches und stabiles Bauteil realisierbar.
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Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der dehnbare Bereich radial um die Ausnehmung angeordnet. Somit ist eine verlässliche Drehung des Anschlusses in die vorgegebene Ausrichtung unter Beibehaltung der vorgegebenen Vorspannkraft möglich.
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Gemäß weiterer Ausführungsformen weist die Kraftstoffsammelleitung eine Einkerbung auf, sodass der dehnbare Bereich zwischen der Einkerbung und der Ausnehmung angeordnet ist. Somit ist der dehnbare Bereich durch eine Materialschwächung durch die Einkerbung realisiert. Beispielsweise ist die Dicke der Wand der Kraftstoffsammelleitung im Bereich der Einkerbung durch ein Fräsen oder einem anderen Verfahren im Vergleich zu außerhalb der Einkerbung reduziert. Durch die relativ dünne Wandstärke des dehnbaren Bereichs ist es möglich, dass das Material der Kraftstoffsammelleitung im dehnbaren Bereich gestreckt wird, wenn das elektronische Bauteil ausreichend weit in das Innengewinde eingeschraubt ist.
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Insbesondere ist der elektrische Anschluss innerhalb eines Winkelbereichs von mehr als 10° in die vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Kraftstoffsammelleitung drehbar. Beim Einschrauben wird bei einem Winkel die vorgegebene Vorspannkraft erreicht. Ausgehend von diesem Winkel ist es möglich, den elektrischen Anschluss mindestens 10° weiter zu drehen, wobei die vorgegebene Vorspannkraft beibehalten wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es möglich, den elektrischen Anschluss mehr als 20°, mehr als 30°, insbesondere mehr als 90° in die vorgegebene Ausrichtung relativ zu der Kraftstoffleitung zu drehen. Somit ist eine genaue Positionierung des elektrischen Anschlusses auf die vorgegebene Ausrichtung innerhalb enger Toleranzen möglich.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Die dargestellten Elemente und ihre Größenverhältnisse zueinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Anordnung gemäß Ausführungsformen,
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2 das Verhältnis zwischen Vorspannkraft und Ausrichtung gemäß Ausführungsformen.
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1 zeigt eine Anordnung 100. Die Anordnung 100 ist insbesondere Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems für eine Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug. Weitere Elemente des Kraftstoffeinspritzsystems sind beispielsweise ein Fluidtank, eine Hochdruckpumpe und Einspritzventile.
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Die Anordnung 100 umfasst eine Kraftstoffsammelleitung 101, die auch als Common Rail bezeichnet wird. Die Kraftstoffsammelleitung 101 ist eingerichtet, Fluid, insbesondere Benzin oder Diesel, unter einem hohen Druck zu speichern und an die Einspritzventile zu verteilen. Die Kraftstoffsammelleitung ist mit dem Fluidauslass der Hochdruckpumpe gekoppelt. Die Kraftstoffsammelleitung ist eingerichtet, das Fluid im Fall von Benzineinspritzsystemen mit Drücken von bis zu 300 bar zu halten. Im Fall von Dieseleinspritzsystemen weist das Fluid in der Kraftstoffsammelleitung beispielsweise Drücke von 2000 bar oder mehr auf.
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Die Kraftstoffsammelleitung 101 weist eine Ausnehmung 102 auf. Die Ausnehmung 102 ist ausgehend von einer Außenseite 116 der Kraftstoffsammelleitung 101 in die Kraftstoffsammelleitung 101 eingebracht. Auf der von der Außenseite 116 abgewandten Seite der Ausnehmung 102 ist ein Hochdruckbereich 112 angeordnet. Der Hochdruckbereich 112 ist mit dem Fluid, das in der Kraftstoffsammelleitung 101 gespeichert ist, hydraulisch in Kontakt. Zudem ist ein Niederdruckbereich 113 mit der Ausnehmung 102 hydraulisch gekoppelt. Der Niederdruckbereich 113 ist beispielsweise mit dem Fluidtank des Kraftstoffeinspritzsystems gekoppelt.
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In die Seitenwände, die die Ausnehmung 102 parallel zu einer Längsachse 104 begrenzen, ist ein Innengewinde 103 eingebracht. Die Kraftstoffsammelleitung 101 weist in Nachbarschaft zu der Ausnehmung 102 einen dehnbaren Bereich 108 auf. Der dehnbare Bereich 108 ist in axialer Richtung zwischen dem Innengewinde 103 und einem Dichtsitz 114 angeordnet. Der dehnbare Bereich 108 ist so ausgebildet, dass unter Einwirkung einer Kraft in Richtung der Längsachse 104 eine axiale Länge 109 der Ausnehmung 102 veränderbar ist. Zum Ausbilden des dehnbaren Bereichs 108 ist beispielsweise eine Einkerbung 110 in die Kraftstoffsammelleitung 101 eingebracht, um die Kraftstoffsammelleitung örtlich zu schwächen. Die axiale Länge 109 reicht von der Außenseite 116 bis zu dem Dichtsitz 114.
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Die Anordnung 100 umfasst weiterhin ein elektronisches Bauteil 105. Das elektronische Bauteil ist beispielsweise ein Hochdruckventil und/oder ein Hochdrucksensor und/oder ein anderes Bauteil. Im Fall eines Hochdrucksensors kann auf die Bohrung 113 verzichtet werden. Im Fall eines Hochdruckventils ist ein Fluidfluss vom Hochdruckbereich 114 in den Niederdruckbereich 113 bei geöffnetem Ventil möglich.
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Das elektronische Bauteil weist einen Anschluss 106 auf, mit dem das elektronische Bauteil 105 elektrisch mit einer Energieversorgung und/oder einer Steuervorrichtung koppelbar ist. Zur Verbindung des elektronischen Bauteils 105 mit der Kraftstoffsammelleitung 101 weist das elektronische Bauteil 105 ein Außengewinde 107 auf. Das Außengewinde 107 und das Innengewinde 103 sind aufeinander abgestimmt, sodass das elektronische Bauteil mit dem Außengewinde 107 in das Innengewinde 103 an der Ausnehmung 102 einschraubbar ist.
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Beim Einschrauben des elektronischen Bauteils 105 gelangt das elektronische Bauteil 105 in Kontakt mit dem Dichtsitz 114. Das elektronische Bauteil 105 wird durch die Verschraubung an den Dichtsitz 114 angepresst. Daraus resultiert eine Vorspannkraft, die in Richtung der Längsachse 104 gerichtet ist. Für eine fluiddichte Kopplung zwischen dem elektronischen Bauteil 105 und der Kraftstoffsammelleitung 101 muss diese Vorspannkraft einen vorgegebenen Wert aufweisen. Zusätzlich zu der vorgegebenen Vorspannkraft muss für eine einfache und verlässliche Kopplung mit dem Anschluss 106 insbesondere eine vorgegebene Ausrichtung des Anschlusses 106 zur Kraftstoffsammelleitung 101 eingenommen werden. Der Anschluss 106 dreht sich beim Einschrauben des elektronischen Bauteils 105 um die Längsachse 104 und ändert während des Einschraubens somit ständig seine Ausrichtung. Wenn das elektronische Bauteil 105 mit dem Dichtsitz 104 in Kontakt gerät und die vorgegebene Vorspannkraft erreicht ist, weist der Anschluss 106 nicht zwangsläufig die vorgegebene Ausrichtung auf. Durch den dehnbaren Bereich 108 ist es bei der Anordnung 100 möglich, den Anschluss 106 um die Längsachse 104 weiter zu drehen, bis die vorgegebene Ausrichtung erreicht ist, ohne dass sich die Vorspannkraft wesentlich verändert. Die Vorspannkraft 115 bleibt innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs während der Drehung des Anschlusses 106 in die vorgegebene Ausrichtung konstant. Der dehnbare Bereich 108 wird dazu beispielsweise auseinandergezogen, sodass sich die axiale Länge 109 der Ausnehmung 102 erhöht. Somit kann das Innengewinde 103 weiter in das Außengewinde 107 eingeschraubt werden, ohne dass sich die Vorspannkraft erhöht. Dadurch ist es möglich, die Lage des Anschlusses 106 relativ zur Kraftstoffleitung 101 möglichst exakt an eine vorgegebene Lage anzupassen und dabei auch möglichst exakt die vorgegebene Vorspannkraft einzuhalten. Die Anpassung ist ohne zusätzliche Bauteile möglich.
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Insbesondere ist es dadurch möglich, die vorgegebene Ausrichtung innerhalb von Winkeltoleranzen von kleiner als +/– 30° einzuhalten, beispielsweise Winkeltoleranzen kleiner +/– 20°. Durch den dehnbaren Bereich 108 und einer dazu passenden Streckgrenzen gesteuerten Verschraubung des elektronischen Bauteils 105 in der Kraftstoffsammelleitung 101 ist eine sichere Vorspannung des elektronischen Bauteils 105 möglich und dabei kleine Winkeltoleranzen von weniger als +/– 30° realisierbar. Beispielsweise ist im Bereich der Einkerbung 110 in der Kraftstoffsammelleitung 101 ein Bereich der Wand so geschwächt, dass man beim Gewindeanzug während des Einschraubens des elektronischen Bauteils 105 in den Fließbereich des Materials des dehnbaren Bereichs 108 kommt und somit in einen Bereich mit sehr konstanten übertragenen Axialkräften. Auf diese Weise ist es möglich, das elektronische Bauteil 105 mit dem Anschluss 106 auf die vorgegebene Winkellage relativ zur Kraftstoffsammelleitung 101 auszurichten und dabei die bekannte und vorgegebene Vorspannkraft zu erzeugen beziehungsweise beizubehalten.
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2 zeigt schematisch das Verhältnis zwischen der Ausrichtung des Anschlusses 106 und der Vorspannkraft 115. Die Vorspannkraft 115 nimmt während dem Einschrauben zunächst zu, bis sie den gewünschten vorgegebenen Wert einnimmt. Durch die Längenänderung des dehnbaren Bereichs 108 bleibt der Wert der Vorspannkraft 105 dann in einem Winkelbereich 111 im Wesentlichen gleich, auch wenn das Bauteil 105 weiter eingeschraubt wird und sich die Lage des Anschlusses 106 zur Kraftstoffsammelleitung 101 weiter verändert. Insbesondere sind das Innengewinde 103 und das Außengewinde 107 so aufeinander abgestimmt, dass die vorgegebene Vorspannkraft bereits erreicht ist, bevor die vorgegebene Ausrichtung, beispielsweise beim Winkel α0, erreicht ist, und auch danach noch erhalten bleibt. Die vorgegebene Ausrichtung ist beispielsweise innerhalb, insbesondere mittig, des Winkelbereichs 111 angeordnet. Somit ist die Lage des Anschlusses 106 innerhalb des Winkelbereichs 111 veränderbar, ohne dass sich die Vorspannkraft 115 wesentlich ändert. Die gestrichelt dargestellten Toleranzen der Axialkraft ergeben sich im Wesentlichen nur noch aus Toleranzen des Dehnverhaltens des dehnbaren Bereichs 108. Die Toleranzen der Vorspannkraft sind insbesondere unabhängig von den Parametern der Verschraubung.
