DE10320953A1

DE10320953A1 - Kraftstoffhochdruckspeicher für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung

Info

Publication number: DE10320953A1
Application number: DE2003120953
Authority: DE
Inventors: Hans Werner Pölz
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: DE10320953B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, bei dem der Kraftstoffhochdruckspeicher radial aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Mehrzylindrige Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruck- Kraftstoffeinspritzung und einer für mehrere Zylinder Kraftstoff fördernden Kraftstoffpumpe weisen zum Speichern und zum Verteilen des Kraftstoffes einen Kraftstoffhochdruckspeicher auf. Derartige Kraftstofthochdruckspeicher sind in Stand der Technik hinreichend bekannt und beispielsweise in der Druckschrift DE 100 37 133 beschrieben.

Demnach bestehen Kraftstofthochdruckspeicher aus einem Stahlrohr, an dem Anschlussstücke ausgebildet sind, über welche die Kraftstoffinjektoren der Brennkraftmaschine und die Kraftstoffpumpe mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher verbunden sind. Die Kraftstoffpumpe erzeugt zur Kraftstoffeinspritzung Drücke von über 2000 Bar, wodurch das Stahlrohr und die Anschlussstücke sehr solide gefertigt sein müssen.

Der wesentliche Nachteil eines von einem Stahlrohr gebildeten Kraftstoffhochdruckspeichers besteht in dem hohen Gewicht, das bei einer in einem Kraftfahrzeug montierten Brennkraftmaschine ständig beschleunigt und verzögert werden muss. Bei Brennkraftmaschinen mit zwei Zylinderköpfen ist dieses Gewicht in der Regel zweifach vorhanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kraftstoffhochdruckspeicher für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung gemäß dem Oberbegriff es Patentanspruchs 1 anzugeben, der ein wesentlich geringeres Gewicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach der Kraftstoffhochdruckspeicher radial aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist.

Das radial inner Material des Kraftstoffhochdruckspeichers wird aus einem Werkstoff gefertigt, an dem die Anschlussstücke in vorteilhafter Weise ausgebildet werden können. Dies wird primär ein Stahlhohlkörper sein, an dem die Anschlussstücke beispielsweise angeschweißt sind oder durch Abdrehen ausgebildet werden.

Alternativ kann das radial inner Material des Kraftstoffhochdruckspeichers ein Aluminiumhohlkörper, ein Keramikhohlkörper oder ein Glashohlkörper sein, an denen die Anschlussstücke ausgebildet sind.

Das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers ist vorzugsweise rohrartig ausgebildet. Dabei ist vorgesehen, dass die Bereiche der Stirnseiten und/oder die Bereiche der Anschlussstücke des rohrartig ausgebildeten radial inneren Materials mit einer größeren Wandstärke auszubilden.

Das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers ist als weiteres Material von mindestens einem Verbundmaterial umgeben. Als das mindestes eine Verbundmaterial kann vorteilhaft ein auf Mikrofasern, beispielsweise Kohlfasern und/oder Kevlarfasern und/oder Glasfasern, basierender Werkstoff verwendet werden, der sich durch ihre hohe Festigkeit bei einem sehr geringen Gewicht auszeichnen.

Ist das rohrartig ausgebildete radial innere Material an den Stirnseiten und/oder an den Anschlussstücken mit einem größeren Durchmesser ausgebildet, ist zwischen den einen größeren Durchmesser aufweisenden Bereichen des radial inneren Materials das Verbundmaterial angeordnet.

Dabei können die mit einem größeren Durchmesser ausgebildeten Stirnseiten und/oder Anschlussstücke zur Aufnahme des Verbundmaterials speziell ausge bildet sein, beispielweise durch eine treppenförmige Struktur oder indem die Stirnseiten und die Anschlussstücke radial nach Außen verbreitert ausgebildet werden, wodurch die Verbindung des Verbundmaterials mit dem radial inneren Material verbessert wird.

Alternativ kann das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers von einem Mikrofasern enthaltenen keramischen Werkstoff umgeben sein, wie er beispielsweise bei der Herstellung keramischer Bremsscheiben verwendet wird, und der dem radial inneren Material aufgebrannt wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher einen Innenraum aufweist, der zu den Anschlussstücken hin lavaldüsenförmig ausgebildet ist.

Zwischen den verschiedenen Materialien des Kraftstoffhochdruckspeichers kann es notwendig sein Zwischenschichten anzuordnen. Diese Zwischenschichten dienen dem Ausgleich unterschiedlicher Eigenschaften der verschiedenen Materiale, wodurch beispielsweise der thermischen Anbindung und/oder die mechanischen Verbindung der verschiedenen Materialien optimiert wird.

Durch den radial aus verschiedenen Materialien aufgebauten Kraftstoffhochdruckspeicher für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung wird das Gewicht des Kraftstoffhochdruckspeichers bei gleichbleibender Druckfestigkeit deutlich reduziert.

Im folgenden ist der erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figur dargestellt und erläutert.

Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers, bei dem die Anschlussstücke durch Abdrehen eines Aluminiumhohlkörpers entstanden sind, und bei dem der Aluminiumhohlkörper von einem Kohlefaser- Verbundwerkstoff umgeben ist.
2 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers, der von einem Stahlhohlkörper gebildet wird, an dem Anschlussstücke angeschweißt sind, und der von einer Kohlefasern enthaltenen Keramik umgeben ist.
Eine selbstzündende Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist mit einer nach dem Common Rail Prinzip arbeitenden Kraftstoffeinspritzanlage ausgestattet. Die Brennkraftmaschine weist acht Zylinder in zwei v-förmig zueinander angeordneten Zylinderköpfen auf. An jedem der beiden Zylinderköpfe ist ein rohrartig ausgebildeter Kraftstoffhochdruckspeicher 1 angeordnet, der radial aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt ist. An den Kraftstoffhochdruckspeichern 1 sind jeweils vier Anschlussstücke für Zuleitungen zu den Kraftstoffinjektoren und ein Anschlussstück für eine Verbindung zu einer einen Einspritzdruck von bis zu 2200 Bar erzeugenden Kraftstoffpumpe ausgebildet.
1 zeigt einen Kraftstoffhochdruckspeicher 1, der von einem Aluminiumhohlkörper 2 gebildet wird, dessen Anschlussstücke 3 durch Abdrehen des Aluminiumhohlkörpers 2 entstanden sind. Der Innenraum des Aluminiumhohlkörpers 2 zur Aufnahme des Kraftstoffes weist einen Durchmesser von sechs Millimetern auf. Die Anschlussstücke weisen einen Innendruchmesser von drei Millimetern auf.
Die Stirnseiten 4 und der Bereich der Anschlussstücke 3 des Aluminiumhohlkörpers 2 sind mit einer Wandstärke von sieben Millimetern ausgebildet. Der Raum zwischen den Stirnseiten 4 und den Bereichen der Anschlussstücke ist beispielsweise durch Abdrehen des Aluminiumhohlkörpers 2 mit einer Wandstärke von zwei Millimetern reduziert ausgebildet.
In dem Raum zwischen den Stirnseiten 4 und den Bereichen der Anschlussstücke 3 ist ein Kohlefasern enthaltendes Verbundmaterial 5 angeordnet, das sich durch ein geringes Gewicht, eine sehr hohen Festigkeit und eine hohe Elastizität auszeichnet.
Die Stirnseiten 4 und die Bereiche der Anschlussstücke 3 werden so ausgebildet, dass sie sich radial nach Außen geringfügig verbreitern, wodurch das Verbundmaterial besonders fest mit dem Aluminiumhohlkörper 2 verbunden ist.
Zwischen dem Aluminiumhohlkörper 2 und dem Verbundmaterial 5 ist eine Zwischenschicht 6 angeordnet, durch welche die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Aluminiumhohlkörpers 2 und des Verbundmaterials 5 kompensiert werden. Zudem wird durch die Zwischenschicht 6 die Haftung des Verbundmaterials 5 auf dem Aluminiumhohlkörper 2 verbessert.
2 zeigt einen Kraftstoffhochdruckspeicher 1, der von einem Stahlhohlkörper 7 gebildet wird, an dem die Anschlussstücke 3 angeschweißt sind. Der Stahlhohlkörper 7 und die Anschlussstücke 3 sind von einer Kohlefasern enthaltenen Keramik 8 umspritzt, die dem Stahlhohlkörper 7 in einem der Herstellung keramischer Bremsscheiben entsprechenden Fertigungsprozess aufgebrannt wird.
Zur Verbindung der Zuleitungen der Kraftstoffinjektoren mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher 1 sind in die die Anschlussstücke 3 umgebende, Kohlefasern enthaltende Keramik Gewinde eingebracht, mit denen die Zuleitungen der Kraftstoffinjektoren verschraubt sind.
Der Übergang vom Innenraum des Stahlhohlkörper 7 zu den Innenräumen der Anschlussstücke 3 ist lavaldüsenförmig ausgeformt, wodurch beim Betrieb der Brennkraftmaschine der Kraftstoff mit einem besonders geringen Strömungswiderstand in dem Kraftstoffhochdruckspeicher 1 strömt.
Alternativ zu den in den 1 und 2 beschriebenen metallischen Hohlkörpern kann das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers auch von einem auf Keramik oder auf Glas basierenden Werkstoff ausgebildet sein.
Durch das dem radial inneren Material aufgebrachte Verbundmaterial 5 wird bei gleicher Festigkeit eine deutliche Reduzierung des Gewichtes des Kraftstoffhochdruckspeichers erreicht, das weniger als die Hälfte eines vollständig aus Stahl gefertigten Kraftstoffhochdruckspeichers beträgt.

Claims

Kraftstoffhochdruckspeicher (1) für eine mehrzylindrige Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzung, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher (1) radial aus verschiedenen Materialien aufgebaut ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) ein Stahlhohlkörper (7) ist, und dass an dem Stahlkörper (7) Anschlussstücke (3) ausgebildet sind.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) ein Aluminiumhohlkörper (2) ist, und dass an dem Aluminiumhohlkörper (2) Anschlussstücke (3) ausgebildet sind.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das radial inner Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) ein Keramikhohlkörper ist, und dass an dem Keramikkörper Anschlussstücke (3) ausgebildet sind.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) rohrartig ausgebildet ist, und dass die Stirnseiten (4) des rohrartig ausgebildeten radial inneren Materials und/oder die Anschlussstücke (3) mit einer größeren Wandstärke ausgebildet sind.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) von mindestens einem Verbundmaterial (5) umgeben ist.
Kraftstofthochdruckspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestes eine Verbundmaterial (5) ein auf Kohlfasern und/oder Glasfasern basierender Werkstoff ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrartig ausgebildeten radial innere Material an den Stirnseiten (4) und/oder an den Anschlussstücken (3) mit einem größeren Durchmesser ausgebildet ist, und dass zwischen den einen größeren Durchmesser aufweisenden Bereichen des radial inneren Materials das Verbundmaterial (5) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das radial innere Material des Kraftstoffhochdruckspeichers (1) von einem keramischen Werkstoff umgeben ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffhochdruckspeicher (1) einen Innenraum aufweist, und dass der Innenraum zu den Anschlussstücken (3) hin lavaldüsenförmig ausgebildet ist.
Kraftstofthochdruckspeicher nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den verschiedenen Materialien Zwischenschichten (6) angeordnet sind, und dass die Zwischenschichten (6) • zur thermischen Anbindung der verschiedenen Materialien zur mechanischen Verbindung der verschiedenen Materialien, • zum Ausgleich unterschiedlicher Eigenschaften der verschiedenen Materialen, ausgebildet sind.