DE10307530B4

DE10307530B4 - Befestigungselement für eine Kraftstoffverteilerleiste für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE10307530B4
Application number: DE2003107530
Authority: DE
Inventors: Andreas Eckert; Wulf Dr. Härtel; Lars Sonntag; Volker Wenke; Uwe Bretag
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: DE10307530A1

Abstract

Befestigungselement (2) für eine Kraftstoffverteilerleiste (1) für Brennkraftmaschinen, die als Rohr ausgebildet ist und die mindestens eine Verteilerstelle zum Einbringen von Kraftstoff aus der Verteilerleiste (1) in jeweilige Einspritzdüsen aufweist, wobei die Verteilerleiste (1) mit einem Halter (9) an den jeweiligen Verteilerstellen gehalten ist und jeder Verteilerstelle ein Durchflusselement (6) zugeordnet ist, durch das der Kraftstoff aus der Verteilerleiste (1) in eine zugeordnete Einspritzdüse geleitet wird, und wobei das Befestigungselement (2) als einstückiges massives Bauteil aus Halter (9) und Durchflusselement (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement als Halter (9) für die Verteilerleiste (1) eine offene, an die Rohrkrümmung angepasste, Rinne (10) aufweist, wobei die Rinne (10) im Querschnitt halbkreisförmig ausgeformt ist und die Verteilerleiste (1) über eine Hälfte ihres Umfangs von der Rinne umgriffen wird und wobei das Befestigungselement ein durch Schmieden oder ein durch Strangpressen hergestelltes Bauteil ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Befestigungselement für eine Kraftstoffverteilerleiste für Brennkraftmaschinen, die mindestens eine Verteilerstelle zum Einbringen von Kraftstoff aus dem Verteilerleistenrohr in Einspritzdüsen, die den Verteilerstellen zugeordnet sind, aufweist. Das Befestigungselement weist einen Halter an den jeweiligen Verteilerstellen auf, mit dem das Rohr gehalten ist. Jeder Verteilerstelle ist ein Durchflusselement zugeordnet, durch das der Kraftstoff aus dem Rohr in eine zugeordnete Einspritzdüse geleitet wird, wobei Halter und Durchflusselement als einstückiges Bauteil ausgebildet sind. Zudem richtet sich die Erfindung auf eine Hochdruckkraftstoffverteilerleiste mit entsprechenden Befestigungselementen.
Derartige Kraftstoffverteilerleisten-Systeme zeichnen sich im Gegensatz zu herkömmlichen Direkteinspritzsystemen dadurch aus, dass die Druckerzeugung und die Einspritzung unabhängig voneinander erfolgen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kraftstoffdruck unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaut wird und in der Verteilerleiste permanent zur Verfügung steht. Auf diese Weise kann ein hoher Einspritzdruck konstant gehalten werden. Die Verteilerleiste ist über Verteilerstellen mit Einspritzdüsen oder Injektoren verbunden, an deren Enden schnell schaltende Ventile die Regelung des Einspritz-Zeitpunkts und die Dosierung der Kraftstoffmenge übernehmen.
Aufgrund stetig strenger werdender Emissionsvorschriften ist man bestrebt, Einspritzsysteme mit immer besser werdender Umweltverträglichkeit zu entwickeln. Um die gestellten Anforderungen zu erfüllen, steigen die Drücke in den Einspritzsystemen an. Hochdruckverteilerleisten bei Benzinmotoren sollen bereits Drücken von 450 bar Stand halten.
Zur Befestigung der Kraftstoffverteilenleisten im Motorraum weisen bekante Niederdruckkraftstoffverteilersysteme aus Edelstahl bzw. austenitischem Stahl mehrere Bau- teile auf, wie dies mit den 4 und 5 auch gezeigt ist: Zur Befestigung des Rohres 101 wird dieses mit Haltern 109 verbunden, die auf ihrer vom Rohr wegweisenden Seite auf eine Flanschplatte 105 gelötet sind. Auf Vorsprüngen 120 dar Halter 109 und zwar im unmittelbaren Kontakt mit der Rohrwand sind Durchflusselemente, sogenann- te Tassen 106, angelötet. Diese Tassen sind im Wesentlichen oben und unten geschlossene zylinderförmige Bauteile mit einem Durchflusskant, die durch eine erste Öffnung mit einer entsprechenden Öffnung in der Rohrwandung an den Verteilerstellen und einer zweiten unteren Öffnung mit einer Einspritzdüse (nicht gezeigt) verbunden sind. Die Tassen 106 dienen als Kraftstoffübermittlungselement aus dem Verteilerrohr an den Verteilerstellen in die einzelnen Einspritzdüsen. Des Weiteren ist an daß Rohr 101 ein Stutzen für den Benzinzufluss 103 angeordnet. 5 läßt erkennen, dass die Halter 109 und Flanschplatten 105 des Weiteren eine Fang- bzw. Ausrichtbohrung 121 zur Unterstützung der Montage aufweisen.
Der Zusammenbau des Systeme aus den einzelnen Bestandteilen Rohr 101, Tasse 106; Halter 109 und Flanschplatte 105 wird, wie beschrieben, durch eine Lötung gewahrleistet. Aufgrund der steigenden Drücke entstehen aber kritische Stellen an be stimmten Lötungen bis hin zu Rissen in den Lötverbindungen. In der gezeigten 4 sind die kritischen Lötstellen gekennzeichnet. Dies sind die Verbindungspunkte des Rohres mit dem Halter (1' und 3'), Bereiche in der Kraftstoffzufuhr (2'), die Anord- nungsbereiche der Endkappe (4') sowie insbesondere die Bereiche Tasse, Halter und Flanschplatte (5' und 6').

Aus der DE 199 37 444 C1 und aus der DE 296 10 765 U1 ist ein Kraftstoffzuführsystem mit einer Kraftstoffverteilerleiste für Verbrennungsmotoren bekannt. Zudem ist aus der DE 199 53 942 A1 ein Kraftstoffzuführsystem mit einer Kraftstoffverteilerleiste für Brennkraftmaschinen mit direkter Einspritzung bekannt. Die Verteilerleiste weist mehrere Knotenstücke auf, die zum einen eine Verbindungsfunktion zwischen der Verteilerleiste und der Einspritzvorrichtung und zum anderen eine Befestigungsfunktion der Leiste an der Brennkraftmaschine erfüllen. Ein Knotenstück weist einerseits einen rohrförmigen Aufnahmebereich mit einer Aufnahmebohrung auf, wobei zwei Verteilerrohrstücke jeweils von der einen und der gegenüberliegenden Seite in ein Knotenstück eingefügt sind. Das Rohr wird demnach durch einen umfänglich geschlossenen Aufnahmebereich gehalten. Des Weiteren weist ein Knotenstück einen Anschlussbereich mit einer Anschluss- und einer Verbindungsbohrung zur Strömungsverbindung mit einer Einspritzvorrichtung auf. Das Knotenstück soll als Druckgussteil aus Aluminium oder Kunststoff bestehen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Befestigungselement für eine Kraftstoffverteilerleiste weiterzuentwickeln, das bei einfacherer und kostengünstigerer Herstellbarkeit eine sichere Befestigung der Verteilerleiste bei hohen Drücken gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in einem Befestigungselement mit den Merkmalen nach Anspruch 1.

Kerngedanke der Erfindung ist, dass das Befestigungselement als Halter für das Rohr eine offene, an die Rohrkrümmung angepasste, Rinne aufweist. Diese Rinne ist vorzugsweise im Querschnitt halbkreisförmig ausgeformt, so dass das Rohr über eine Hälfte seines Umfangs von der Rinne umgriffen wird.

Zur Befestigung einer Kraftstoffverteilerleiste wird diese als durchgängiges Rohr in die die Rinnen bzw. die Rinnenlager mehrerer Befestigungselemente eingelegt und dort befestigt, beispielsweise durch Löten oder Kleben. Nach einer weiteren Ausführung kann das Rohr in die Rinnenlager auch eingeklipst werden. Indem das Rohr nicht eingeschoben wird, besteht auch nicht die Gefahr eines Verkantens.

Im Gegensatz zum bekannten Kraftstoffverteilersystem weist die Neuerung keine geschlossene Aufnahmebohrung, sondern einen offenen Halter in Form einer Rinne bzw. eines offenes Kanals oder einer Aufnahmeschale auf. Eine solche offene Halterrinne ist im Vergleich zu der geschlossenen Lösung einfacher und wirtschaftlicher herstellbar.

Das einstückige Befestigungselement wird vorteilhafterweise durch Schmieden, Gießen oder durch Strangpressen hergestellt. Hierbei erweist sich die offene Lösung als besonders vorteilhaft, weil die Verbindungs- bzw. Durchgangsbohrung zum Durchflusselement bzw. zur Tasse einfacher zu entgraten ist als bei der bekannten geschlossenen Lösung. Die Rinne selbst kann durch weitere mechanische Bearbeitung des Schmiedeteils hergestellt werden, indem sie aus dem Grundkörper beispielsweise heraus gefräst wird.

Das Befestigungselement bzw. das Verteilerrohr besteht insbesondere aus einem Edelstahl, was sich aus Gründen der Diffusion von Kraftstoffen in den Werkstoff sowie der Aggressivität verschiedener Kraftstoffe und hieraus resultierender Korrosion des Werkstoffes empfiehlt.

Des Weiteren weist die offene Halter-Lösung den Vorteil eines reduzierten Gewichts auf. Aufgrund dessen, dass ein durchgängiges Verteilerrohr verwendet wird, wird die Anzahl von festigkeitsmindernden Fügestellen minimiert. Die Gefahr sich addierender Toleranzen wird verringert. Die Schritte des Ablängens und der mechanischen Bearbeitung der Rohrenden, wie sie nach dem Stand der Technik notwendig sind, entfallen. Auch wird die Gefahr minimiert, dass während des Herstellprozesses Rohrstücke vertauscht werden könnten.

Das einstückig ausgebildete Befestigungselement gewährleistet, dass die Lötstellen und damit kritischen Stellen zwischen Durchflusselement und Halter entfallen. Die Anzahl der einzelnen Bauteile eines Verteilerleisten-Systems wird reduziert. Es wird eine insgesamt robuste Einheit erreicht. Da jetzt nur noch eine gemeinsame Einheit gefertigt werden muss, können vorgegebene Fertigungstoleranzen sehr viel besser eingehalten werden.

Diese Vorteile erhöhen sich noch, wenn auch der Montageflansch zusammen mit dem Durchflusselement und dem Halter als einstückiges Bauteil hergestellt ist. Es sind dann Tasse, Halter mit ausgeformter Rinne und die Flanschplatte des Halters in ein Bauteil integriert. Hierbei sind die Befestigungsflansche nicht auf der Halter- sondern auf der Durchflusselement- bzw. Tassenseite ausgeformt.

Zur Bildung des Durchflusselementes wird in das einstückige – massive – Bauteil eine Bohrung eingebracht. Der Kraftstoff wird durch eine entsprechende Öffnung in der Verteilerleiste durch diese Bohrung in die Einspritzdüsen gefördert. Hierbei ist der Förderkanal bzw. Durchflusskanal durch die Kombination einer Sackbohrung mit größerem Durchmesser und einer hiervon abgezweigten Durchgangsbohrung mit kleinerem Durchmesser ausgebildet. Der Kraftstoff wird dann durch eine entsprechende Öffnung in der Verteilerleiste, d.h. an der Verteilerstelle, durch die Durchgangsbohrung und die Sackbohrung in die Einspritzdüse gefördert.

Insgesamt ergeben sich durch die Herstellungsabfolgen des Schmiedens oder des Strangpressens durch das Einsparen von Lötstellen einfachere Herstellungsprozesse mit höheren Toleranzgenauigkeiten bei dem einstückigen Befestigungselement. Die Anzahl der notwendigen Bauteile sinkt insgesamt durch die Integration von Tasse, Halter und Flanschplatte in ein Bauteil. Es werden höhere Dauerfestigkeiten und Berstdruckfestigkeiten erreicht. Grund für die höhere Dauerfestigkeit ist u.a. die im Vergleich zum Stand der Technik größere Lötfläche zwischen Befestigungselement und Rohr. Da das Befestigungselement nach der Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Haltern sehr kompakt ist, muss es nicht, wie es bei den herkömmlichen Haltern der Fall ist, mit steigender Wandstärken der Verteilerleiste verstärkt ausgelegt werden. Die Befestigungselemente bilden daher einen bestimmten Standard, die im Sinne eines Baukastensystems für unterschiedlich ausgelegte Verteilerleisten zur Anwendung kommen können.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprü- chen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren dargestellte Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird.
Es zeigen:
1 eine Hochdruckkraftstoffverteilerleiste mit drei Befestigungselementen nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Befestigungselement der 1 im Querschnitt;
3 ein Befestigungselement der 1 im Querschnitt mit angelötetem Rohr;
4 eine Niederdruckverteilerleiste mit Halterungen nach dem Stand der Technik;
5 eine Niederdruckverteilerleiste nach 4 ohne Tassen.
Das in 1 gezeigte System besteht aus einer Hochdruckkraftstoffverteilerleiste 1 bzw. einem Rohr, das durch drei gleiche Befestigungselemente 2 jeweils an den Verteilerstellen (verdeckt) zum Einbringen von Kraftstoff aus dem Rohr in jeweilige Einspritzdüsen (nicht gezeigt) gehalten wird. Zwischen zwei Befestigungselementen 2 weist das Rohr einen Stutzen 3 zum Kraftstoffzufluss auf. Ein Ende des Rohrs ist mit einer Endkappe mit Drucksensoranschluss verschlossen, an dem anderen Ende befindet sich ein Hochdruckanschluss.
Die Befestigungselemente 2 sind als einstückiges Schmiedebauteil ausgebildet und umfassen, wie aus 2 deutlich wird, einen Grundkörper 4, dessen Boden endseitig durch zwei Flansche 5 verlängert ist. Durch den Grundkörper 4 selbst verläuft eine Bohrung als Durchflusselement 6, hier als Sackbohrung 7 mit abgezweigtem Kanal 8 bzw. einer Durchgangsbohrung ausgeführt.
Zum Rohr hin ist der Grundkörper 4 mit einem Halter 9 in Form einer Rinne 10 ausgeformt. Diese ist entsprechend der Rohrkrümmung ausgewölbt und weist einen in Verlängerung zur Sackbohrung sich erstreckenden Vorsprung 11 oder vorspringenden Rinnenteil auf, der das Rohr sicher hält. Die Rinne 10 umgreift etwa die Hälfte des Rohrumfangs. Der Grundkörper selbst ist geschmiedet.
Die 3 zeigt ein solches Befestigungselement 2 im Querschnitt, wenn ein Rohr daran angelötet ist. Die beiden oder ggfs. nur ein Flansch sind bei dieser Quer schnittsdarstellung nicht gezeigt. Das Rohr wird von dem hier deutlich gezeigten äußeren Ende bzw. dem Vorsprung 11 der Rinne sicher umgriffen und gehalten.
Für den Fertigungsprozess wird ein herkömmliches durchgängiges Rohr auf die entsprechende Rinne 10 der Befestigungselemente 2 gelegt und die Öffnung 12 im Rohr an den jeweiligen Verteilerstellen zur Kanalöffnung 13 des Durchflusselementes 6 bzw. der integrierten Tasse ausgerichtet. Auch ist es möglich, das Rohr in die Rinnenhalter einzuklipsen. Anschließend folgt eine Lötung des Rohres auf die Befestigungselemente 2.
Insgesamt wird nach der vorgeschlagenen Lösung aufgrund der einstückigen robusten Schmiedeteile eine sichere Befestigung der Verteilerleiste, selbst wenn sie unter hoher Druckbeaufschlagung steht, erreicht, wobei aufgrund der offenen Halter-Lösung bzw. der offenen Rinnenhalter eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet ist.

1.: Hochdruckkraftstoffverteilerleiste bzw. Rohr
2.: Befestigungselement
3.: Kraftstoffzufluss-Stutzen
4.: Grundkörper des Befestigungselementes
5.: Befestigungsflansch
6.: Durchflusselement
7.: Sackbohrung
8.: Kanal bzw. Durchgangsbohrung
9.: Halter
10.: Rinne
11.: Vorsprung
12.: Rohröffnung an der Verteilerstelle
13.: Kanalöffnung des Durchflusselementes
101: Verteilerleiste bzw. Rohr
103: Kraftstoffzufluss-Stutzen
105: Flanschplatte
106: Tasse
109: Halter
120: Vorsprünge
121: Fang- bzw. Ausrichtbohrung

Claims

Befestigungselement (2) für eine Kraftstoffverteilerleiste (1) für Brennkraftmaschinen, die als Rohr ausgebildet ist und die mindestens eine Verteilerstelle zum Einbringen von Kraftstoff aus der Verteilerleiste (1) in jeweilige Einspritzdüsen aufweist, wobei die Verteilerleiste (1) mit einem Halter (9) an den jeweiligen Verteilerstellen gehalten ist und jeder Verteilerstelle ein Durchflusselement (6) zugeordnet ist, durch das der Kraftstoff aus der Verteilerleiste (1) in eine zugeordnete Einspritzdüse geleitet wird, und wobei das Befestigungselement (2) als einstückiges massives Bauteil aus Halter (9) und Durchflusselement (6) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement als Halter (9) für die Verteilerleiste (1) eine offene, an die Rohrkrümmung angepasste, Rinne (10) aufweist, wobei die Rinne (10) im Querschnitt halbkreisförmig ausgeformt ist und die Verteilerleiste (1) über eine Hälfte ihres Umfangs von der Rinne umgriffen wird und wobei das Befestigungselement ein durch Schmieden oder ein durch Strangpressen hergestelltes Bauteil ist.
Befestigungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus Stahl, insbesondere aus hochdruckbeständigem Edelstahl, gefertigt ist.
Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement auf der Durchflusselementseite einstückig mindestens einen Befestigungsflansch (5) aufwiest.
Hochdruckkraftstoffverteilerleiste (1) mit mindestens einer Verteilerstelle zum Einbringen von Kraftstoff aus der Verteilerleiste, die als Rohr ausgebildet ist, in jeweilige Einspritzdüsen mit mindestens einem Befestigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine durchgängige Verteilerleiste in die Rinne (10) des jeweiligen Befestigungselementes (2) eingelegt oder eingeklipst und unlösbar mit diesem befestigt ist.
Hochdruckverteilerleiste nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerleiste (1) an die jeweiligen Rinnen (10) geklebt oder gelötet ist.