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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Komponente, insbesondere eine Brennstoffleitung oder einen Brennstoffverteiler, für eine vorzugsweise als Brennstoffeinspritzanlage ausgebildete Einspritzanlage. Ferner betrifft die Erfindung einer Brennstoffeinspritzanlage, die vorzugsweise als Brennstoffeinspritzanlage für gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen, bei denen eine direkte Einspritzung von Brennstoff in Brennräume einer Brennkraftmaschine erfolgt.
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Aus der
EP 2 789 845 A1 ist eine Kraftstoffverteilerleiste für eine Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei wird auf die Anforderungen Bezug genommen, dass im Zuge einer Leistungssteigerung bei gleichbleibendem oder verringertem Hubraum die Förderdrücke steigen, dass eine Erhöhung der Wandstärke stattfindet, um eine hinreichende Betriebssicherheit zu gewährleisten, und dass der verfügbare Bauraum jedoch gleichbleibt. Ferner werden einzelne Bauteile der Kraftstoffverteilerleiste mit einem Hochtemperaturlötverfahren bei 500 °C bis 1150 °C miteinander gekoppelt. Zumindest das Verteilerrohr der bekannten Kraftstoffverteilerleiste wird daher aus einem Duplexstahl mit vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-% Nickel, vorzugsweise 20 bis 25 Gew.-% Chrom und vorzugsweise 2,50 bis 3,50 Gew.-% Molybdän ausgebildet. Hierbei kommen Werkstoffe mit den Werkstoffnummern 1.4462, 1.4162, 1.4362 und 1.4662 zum Einsatz, bei denen eine höhere Festigkeit auch nach dem Hartlöten gegeben ist.
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Die aus der
EP 2 789 845 A1 bekannte Kraftstoffverteilerleiste hat den Nachteil, dass bei den genannten Werkstoffen ein Ausdehnungskoeffizient beziehungsweise das geänderte Ausdehnungsverhalten der Kraftstoffverteilerleiste wesentliche konstruktive Anpassungen erforderlich machen kann. Außerdem ergibt sich bei der Herstellung das Problem einer schlechten Zerspanbarkeit.
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Aus der
DE 10 2016 115 550 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffverteilers bekannt, bei dem ein Verteilerrohr aus einem Schmiederohling hergestellt wird. Hierbei können austenitische Stähle mit den Werkstoffnummern 1.4301, 1.4306, 1.4307 und 1.4404 zum Einsatz kommen. Hierbei ist erkannt worden, dass Schmiederohlinge herstellungsbedingt Eigenspannungen aus dem Schmiedevorgang aufweisen und dass durch entstandene Chromkarbide die Korrosionsbeständigkeit reduziert wird. Bei dem bekannten Verfahren werden durch eine kontrollierte Wärmebehandlung zwischen 850 °C und 1100 °C für mehr als 60 Sekunden die durch eine langsame Abkühlung erzeugten Chromkarbide wieder gelöst. Die mechanischen Eigenschaften und eine Korrosionsbeständigkeit werden dadurch verbessert. Da die Wärmbehandlung auch die Bearbeitungseigenschaften für ein Bohren, Fräsen und Gewindeschneiden verbessert, erfolgt die Wärmbehandlung vorzugsweise am unbearbeiteten Schmiederohling.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Komponente mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und die erfindungsgemäße Einspritzanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie das Verfahren nach Anspruch 9 haben den Vorteil, dass eine verbesserte Ausgestaltung und Funktionsweise ermöglicht sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Komponente, der im Anspruch 8 angegebenen Einspritzanlage und des im Anspruch 9 angegebenen Verfahrens möglich.
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Zumindest der Grundkörper der Komponente wird aus einem Werkstoff ausgebildet, bei dem es sich um einen austenitischen oder martensitischen Werkstoff handeln kann. Vorzugsweise wird ein nicht rostender Austenit gewählt. Speziell kann der Werkstoff auf einem austenitischer Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4301 oder auf einem hiermit vergleichbaren Edelstahl basieren. Vorzugsweise wird der Grundkörper zusammen mit dem Hochdruckeingang und dem zumindest einen Hochdruckausgang bei der Herstellung als Schmiederohling ausgeformt und weiterbearbeitet.
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Insbesondere bei Kraftfahrzeugen kann eine Anforderung an die Komponente darin bestehen, dass eine Korrosionsbeständigkeit gegen Salzsprühnebel sichergestellt ist. Auch wenn ein Werkstoff, wie ein Edelstahl mit der Werkstoffnummer 1.4301, grundsätzlich eine gute Korrosionsbeständigkeit gewährleistet, kann diese durch diverse Fertigungsprozesse beeinträchtigt werden. Bei einer herkömmlichen hartgelöteten Kraftstoffverteilerleiste kann eine zu langsame Abkühlung nach dem Lötvorgang zur Bildung von Chromkarbiden führen, wodurch das Chrom gebunden ist und nicht mehr für die Bildung einer Passivschicht aus Chromoxid an der Außenoberfläche zur Verfügung steht. Die nicht ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegen von außen einwirkende Medien kann beispielsweise über einen Salzsprühnebeltest festgestellt werden.
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Auch beim Schmieden, das im Unterschied zum Löten in der Regel an der Luftatmosphäre stattfindet, kann es durch die mechanische Einwirkung und durch den Kontakt zur Luftatmosphäre bei hohen Temperaturen zu einer Zerstörung oder Schädigung einer schützenden Chrom-Oxid-Passivschicht kommen. Auch durch eine sich anschließende Abkühlung kann es zu ungünstigen Zuständen kommen. Nachbearbeitungen, wie ein mechanisches Strahlen sowie einem anschließenden Beizen und Passivieren, können zwar eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit sicherstellen. Dies ist jedoch von einer Vielzahl von Parametern, zum Beispiel der Zusammensetzung der Beize, abhängig. Außerdem ist die Nachbearbeitung entsprechend aufwändig.
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Bei einer denkbaren Ausgestaltung könnte die Komponente auch vollständig mit einer korrosionsbeständigen Schicht überzogen werden. Dies würde gegebenenfalls auch das Schmieden eines nicht korrosionsbeständigen Stahls ermöglichen. Speziell beim Einsatz bei Brennkraftmaschinen muss aber ein Schutz gegenüber korrosiv wirkenden Brennstoffen, insbesondere Otto-Brennstoffen, realisiert werden. Dies bedeutet, dass bei einem nicht korrosionsbeständigen Stahl auch zerspante Innen- und Außenoberflächen, einschließlich Gewinden, beschichtet werden müssten. Diese denkbare Ausgestaltung hätte somit insbesondere den Nachteil, dass die Schicht beim Wiederverschrauben von Anbaukomponenten abplatzen kann. Dadurch könnte es beispielsweise nach einer Wartung oder einer Reparatur zum Systemausfall durch abgeplatzte Partikel im Brennstoff oder zur Korrosion des dann ungeschützten Stahls kommen, was über längere Zeiträume ebenfalls zum Ausfall führen kann.
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Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist die Korrosionsschutzschicht an zerspanten Oberflächen nicht oder nur teilweise vorgesehen. Speziell möglicherweise vorgesehene Gewinde werden hierbei ausgelassen, wie es in Anspruch 2 angegeben ist. Bei einer vorteilhaften Weiterbildung nach Anspruch 3 wird außerdem vermieden, dass bei einer Montage oder Demontage eine Beschädigung der Korrosionsschutzschicht, insbesondere ein Abplatzen, verursacht wird.
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Die Weiterbildung nach Anspruch 4 ermöglicht beispielsweise die Ausgestaltung von Bohrungen zum Anschließen von Einspritzventilen an Hochdruckausgängen. Hierbei wird sichergestellt, dass es nicht zum Abplatzen einer Korrosionsschutzschicht an Dichtstellen durch Montage- oder Demontagevorgänge sowie im Betrieb kommen kann. Die Weiterbildung nach Anspruch 5 ermöglicht hierbei einen weitergehenden Schutz.
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Gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 6 kann in vorteilhafter Weise eine umfassende Korrosionsbeständigkeit an der Oberfläche der Komponente realisiert werden. Wenn die Korrosionsschutzschicht nach der zerspanenden Bearbeitung aufgebracht wird, dann können zerspante Oberflächen ganz oder teilweise während des Beschichtens abgedeckt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Korrosionsschutzschicht ist gemäß Anspruch 7 möglich. Es kann auch eine kathodische Tauchbadlackierung zum Einsatz kommen. Es kommen allerdings auch andere Verfahren und Schichten in Frage, die eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit bei vorzugsweise geringen Kosten sicherstellen. Ferner kann der Grundkörper zusätzlich oder alternativ aus einem rostfreien Edelstahl ausgebildet sein, wie es in Anspruch 7 angegeben ist, um an den bearbeiteten Flächen eine ausreichende Korrosionsbeständigkeit gegenüber korrosiven Medien, wie beispielsweise auch Brennstoffen, zu gewährleisten.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind im Anspruch 10 angegeben. Hierbei kann durch die zerspanende Bearbeitung gezielt eine Entfernung der Korrosionsschutzsicht in den gewünschten Bereichen erfolgen. Ferner ist es möglich, dass ein Beschichtungs- oder Lackierprozess und die hierbei notwendige Erwärmung des Bauteils für eine gezielte Erreichung bestimmter mechanischer Eigenschaften für die folgende Zerspanung genutzt wird.
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Figurenliste
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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 Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine als Brennstoffeinspritzanlage ausgestaltete Einspritzanlage mit einer als Brennstoffverteiler ausgebildeten Komponente in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Komponente entsprechend dem Ausführungsbeispiel in einer detaillierten, schematischen Darstellung und
- 3 den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt der Komponente entsprechend dem Ausführungsbeispiel in einer detaillierten, schematischen Darstellung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine als Brennstoffeinspritzanlage 1 ausgebildete Einspritzanlage 1 mit einem Brennstoffverteiler (Fluidverteiler) 2 in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Brennstoffverteiler 2 der Brennstoffeinspritzanlage 1 um eine entsprechend der Erfindung ausgebildete Komponente 3. Ferner ist eine Hochdruckpumpe 4 vorgesehen. Die Hochdruckpumpe 4 ist über eine als Hochdruckleitung 5 ausgebildete Brennstoffleitung 5 mit dem Brennstoffverteiler 2 verbunden. An einem Eingang 6 der Hochdruckpumpe 4 wird im Betrieb als Fluid ein Brennstoff oder ein Gemisch mit Brennstoff zugeführt. Hierbei kann in entsprechender Weise auch die Hochdruckleitung 5 als Komponente 3' gemäß der Erfindung ausgebildet sein.
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Der Brennstoffverteiler 2 dient zum Speichern und Verteilen des Fluids auf als Brennstoffeinspritzventile 7 bis 10 ausgebildete Einspritzventile 7 bis 10 und verringert Druckschwankungen und Pulsationen. Der Brennstoffverteiler 2 kann auch zum Dämpfen von Druckpulsationen, die beim Schalten der Brennstoffeinspritzventile 7 bis 10 auftreten können, dienen. Im Betrieb können hierbei zumindest zeitweise hohe Drücke p in einem Innenraum 11 der Komponente 3 auftreten. Die Hochdruckleitung 5 weist einen Hochdruckeingang 12 und einen Hochdruckausgang 12', die gegebenenfalls vertauscht werden können, sowie einen Grundkörper 13 auf.
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Der Brennstoffverteiler 2 weist einen rohrförmigen Grundkörper 14 auf, der durch ein ein- oder mehrstufiges Schmieden ausgebildet wird. An dem rohrförmigen Grundkörper 14 sind ein Hochdruckeingang 15 und mehrere Hochdruckausgänge 16 bis 19 vorgesehen. Ferner ist an dem rohrförmigen Grundkörper 14 ein Hochdruckanschluss 20 vorgesehen. In diesem Ausführungsbeispiel sind der rohrförmige Grundkörper 14, der Hochdruckeingang 15, die Hochdruckausgänge 16 bis 19 und der Hochdruckanschluss 20 aus einem geschmiedeten Einzelteil 14' gebildet. Der Hochdruckeingang 15, die Hochdruckausgänge 16 bis 19 und der Hochdruckanschluss 20 sind somit an den Grundkörper 14 geschmiedet.
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Die Brennstoffleitung 5 ist an ihrem Hochdruckeingang 12 mit der Hochdruckpumpe 4 und an ihrem Hochdruckausgang 12' mit dem Hochdruckeingang 15 des Brennstoffverteilers 2 verbunden. Die Brennstoffeinspritzventile 7 bis 10 sind jeweils an den Hochdruckausgängen 16 bis 19 des Brennstoffverteilers 2 angeschlossen. Ferner ist ein Drucksensor 21 vorgesehen, der an dem Hochdruckanschluss 20 montiert ist. An einem Ende 22 ist der rohrförmige Grundkörper 14 durch ein als Verschlussschraube 23 ausgebildetes Schraubelement 23' verschlossen. Bei einer abgewandelten Ausgestaltung kann das Ende 22 auch anstelle des Hochdruckeingangs 15 als Hochdruckeingang 22' dienen, wobei das Schraubelement 23' als Anschlusselement ausgebildet ist und beispielsweise mit dem Hochdruckausgang 12' der Hochdruckleitung 5 verbunden ist.
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Nach dem Schmieden wird der rohrförmige Grundkörper 14 beziehungsweise das geschmiedete Einzelteil 14' noch durch eine zerspanende Bearbeitung nachbearbeitet. In dem rohrförmigen Grundkörper 14 wird in diesem Ausführungsbeispiel nach dem Schmieden noch eine Bohrung 24 ausgebildet, um den Innenraum 11 auszubilden. Über den Innenraum 11 kann das an dem Hochdruckeingang 15 zugeführte Fluid auf die an den Hochdruckausgängen 16 bis 19 angeschlossenen Brennstoffeinspritzventile 7 bis 10 verteilt werden.
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Außerdem werden durch eine zerspanende Bearbeitung Bohrungen 25 bis 30 in das geschmiedete Einzelteil 14' eingebracht. Die Bohrungen 25 bis 28 dienen hierbei für die Hochdruckausgänge 16 bis 19. Die Bohrung 29 dient für den Hochdruckeingang 15. Die Bohrung 30 dient für den Hochdruckanschluss 20. Ferner wird ein Gewinde 31 geschnitten. Das Gewinde 31 ist hier exemplarisch als mögliche Ausgestaltung eines Gewindes realisiert. In entsprechender Weise kann solch ein Gewinde 31 beispielsweise auch an zumindest einer der Bohrungen 29, 30 vorgesehen sein. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 14 als rohrförmiger Grundkörper 13 ausgestaltet, wobei sich die Bohrung 24 entlang einer Längsachse 32 des rohrförmigen Grundkörpers 14 erstreckt. Das Gewinde 31 ist bezüglich dieser Längsachse 32 ausgerichtet. Die Verschlussschraube 23 wird mit ihrem Gewindebolzen 33 entlang der Längsachse 32 in das Gewinde 31 des Grundkörpers 13 eingeschraubt. Ein Kopf 34 der Verschlussschraube 23 liegt im montierten Zustand an einer Stirnseite 35 des Grundkörpers 14 an. Diese Anlage kann gegebenenfalls auch über ein Zwischenelement, insbesondere einen Dichtring, realisiert werden.
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2 zeigt den in 1 mit II bezeichneten Ausschnitt der Komponente 3 entsprechend dem Ausführungsbeispiel in einer detaillierten, schematischen Darstellung. Durch das Schmieden entsteht an dem Grundkörper 14 eine Schmiedehaut 40, an der die gewünschte Korrosionsbeständigkeit nicht mehr gewährleistet ist. Der Grundkörper 14 beziehungsweise das geschmiedete Einzelteil 14' ist daher zumindest im Bereich der Schmiedehaut 40 mit einer Korrosionsschutzschicht 41 versehen.
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Im Bereich der Bohrung 25 ist an einer Innenseite 42 herstellungsbedingt keine Schmiedehaut vorgesehen, da die Bohrung 25 in dem Vollmaterial ausgestaltet wird. Der Hochdruckausgang 16 ist an der Unterseite 43 beispielsweise durch Fräsen nachbearbeitet. Dadurch ist hier die Schmiedehaut 40 entfernt. Somit ergibt sich hier durch die Unterseite 43 ein Bereich 44, in dem durch eine zerspanende Bearbeitung eine Nachbearbeitung erfolgt ist. Entsprechend ergibt sich an der Innenseite 42 ein Bereich 45 an dem eine zerspanende Bearbeitung des Hochdruckausgangs 16 und des Grundkörpers 14 erfolgt ist. In diesen Bereichen 44, 45 ist keine Korrosionsschutzschicht vorgesehen.
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Bei einer Montage und einer möglichen Demontage des Brennstoffeinspritzventils 7 an dem Hochdruckausgang 16 besteht somit nicht die Gefahr, dass die Korrosionsschutzschicht 41 beschädigt wird. Somit kann es insbesondere nicht zum Abplatzen einer Korrosionsschutzschicht in den Bereichen 44, 45 kommen.
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3 zeigt den in 1 mit III bezeichneten Ausschnitt der Komponente 3 entsprechend dem Ausführungsbeispiel in einer detaillierten, schematischen Darstellung. In einem Bereich 46 (1) der Innenbohrung 24 und einem Bereich 47 an dem Gewinde 31 weist der Grundkörper 14 keine Schmiedehaut auf, da die Bohrung 24 und die Gewindebohrung 31 in dem Vollmaterial des Grundkörpers 14 ausgestaltet sind. Ferner erfolgt an der Stirnseite 35 des Grundkörpers 14 eine mechanische Nachbearbeitung, beispielsweise durch Fräsen, so dass in einem Bereich 48 der Stirnseite 35 ebenfalls keine Schmiedehaut vorgesehen ist. In den Bereichen 46, 47, 48 ist in diesem Ausführungsbeispiel keine Korrosionsschutzschicht vorgesehen.
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Somit besteht auch beim Montieren und gegebenenfalls einem möglichen Demontieren nicht die Gefahr einer Beschädigung der Korrosionsschutzschicht 41. Dies betrifft insbesondere das Gewinde 31 und die Stirnseite 35.
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Der Bereich 44 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine Umgebung 44' des Bereichs 45, in dem an dem Grundkörper die Bohrung 25 vorgesehen ist, wobei die Korrosionsschutz 41 auch in der Umgebung 44' nicht vorgesehen ist. Entsprechend stellt der Bereich 48 eine Umgebung 48' des Bereichs 47 dar, in dem an dem Grundkörper 14 das Gewinde 31 vorgesehen ist, wobei die Korrosionsschutzschicht 41 in der Umgebung 48' nicht vorgesehen ist. Die Unterseite 43 und die Stirnseite 35 sind in diesem Ausführungsbeispiel an einer Außenseite 50 des Grundkörpers 14 vorgesehen.
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Eine anhand der 2 beziehungsweise 3 exemplarisch veranschaulichte Ausgestaltung ist jeweils vorzugsweise in entsprechender Weise auch an den Bohrungen 26 bis 30 beziehungsweise an den Hochdruckausgängen 17 bis 19, dem Hochdruckeingang 15 und dem Hochdruckanschluss 20 realisiert.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2789845 A1 [0002, 0003]
- DE 102016115550 A1 [0004]
