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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Versorgungsaufbau für die Luft-
und Kraftstoffversorgung eines Verbrennungsmotors.
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Bei
der Konstruktion eines solchen Versorgungsaufbaus ist eine große Zahl
von mitunter einander widersprechenden Anforderungen zu erfüllen. Um
das Leistungsvermögen
eines Verbrennungsmotors beeinträchtigende
Druckabfälle
in der Luftversorgung zu verhindern, ist es wünschenswert, ein Saugrohr, über welches
dem Motor Verbrennungsluft zugeführt
wird, möglichst
kurz und mit großen
Querschnitten zu gestalten. Gleichzeitig darf das Saugrohr jedoch
nicht die Möglichkeiten
zur Montage einer ebenfalls benötigten
Kraftstoff-Versorgungsleitung beeinträchtigen. Aus der Notwendigkeit,
dass über die
Leitung zugeführter
Kraftstoff in der Ansaugluft möglichst
fein und gleichmäßig verteilt
werden muss, ergeben sich zusätzliche
Anforderungen hinsichtlich der Lage von Saugrohr und Kraftstoffleitung
zueinander.
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Viele
Vorschläge
für die
Gestaltung von Hochdruck-Kraftstoffleitungen, auch als Fuel-Rail
bezeichnet, sehen deren Ausbildung getrennt von einem Saugrohr für die Luftzufuhr
vor. Als Beispiele seien hier
EP 1 201 919 A1 und WO 01/25623 A1 genannt.
Die Trennung von Kraftstoffleitung und Saugrohr macht zu deren Montage
an einem Verbrennungsmotor zwei Verfahrensschritte erforderlich,
wobei in jedem dieser Verfahrensschritte eine zeitaufwändige Anpassung
zum Kompensieren von Streuungen der Abmessungen des Motors einerseits
und der Kraftstoffleitung bzw. des Saugrohrs andererseits erforderlich
machen.
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Aus
EP 0 840 005 A1 ist
ein Versorgungsaufbau bekannt, bei dem Saugrohr und Kraftstoffleitung in
einem Bauteil vereinigt sind und als vormontierte Einheit am Motor
befestigt werden können.
Hier ist die Kraftstoffleitung einteilig mit dem Saugrohr, z.B. durch
Gießen
in verlorener Form, ausgebildet und mit dieser über eine Brücke starr verbunden. Sockel
zum Aufnehmen der Auslassenden von Kraftstoff-Einspritzventilen
sind an der Außenseite
eines Flansches für
die Montage dieses Versorgungsaufbaus an einem Zylinderkopf gebildet.
Um die Einspritzventile in diesen Sockeln zu montieren und ihre
Einlassenden mit der der Kraftstoff-Versorgungsleitung zu verbinden,
sind verschiebbare Hülsen
erforderlich, die in einer in die Kraftstoffleitung zurückgeschobenen
Stellung die Platzierung der Einspritzventile erlauben und anschließend aus
der Empfangsleistung herausgezogen und über die Einlassenden der Einspritzventile
gestülpt
werden können.
Dies macht die Montage der Einspritzventile beschwerlich, und aufgrund
der großen
Zahl von Dichtungen ist das Leckrisiko groß.
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Ein
weiteres Beispiel eines Versorgungsaufbaus, bei dem Saugrohr und
Kraftstoffleitung als eine Einheit an einem Motor montiert werden
können,
ist aus WO 92/02725 bekannt. Hier besteht die am Motor zu montierende
Einheit, wie in 35 gezeigt, aus einem
oberen und einem unteren Teil, wobei das obere Teil einen Verteiler
für Saugluft
bildet, von dem jeweils zu ein zelnen Zylindern des Motors führende Leitungen
abzweigen. Diese erstrecken sich durch das untere Teil, an dem ein
Montageflansch zur Befestigung an einem Zylinderkopf gebildet ist.
Die Kraftstoff-Verteilerleitung ist durch mehrere sich durch das
untere Teil erstreckende Bohrungen gebildet. Das untere Teil hat
eine komplizierte Gestalt, die aufwändig und kostspielig zu fertigen
ist. Fertigungsungenauigkeiten, die zu einer Undichtigkeit der Kraftstoff-Verteilerleitung
führen,
machen dieses Teil in der Regel unbrauchbar, so dass es verworfen
werden muss. Dies macht die Fertigung des bekannten Versorgungsaufbaus
kostspielig.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist, einen Luft-Kraftstoff-Versorgungsaufbau
für einen
Verbrennungsmotor zu schaffen, der einfach zu montieren und preiswert
zu fertigen ist und dabei ein geringes Leckrisiko aufweist.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch einen Versorgungsaufbau mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die
Zweiteilung des Saugrohrs in einen inneren Teil, an dem zur Montage
an einem Motor eine Austrittsöffnung
für Saugluft
und eine Austrittsöffnung
für Kraftstoff
gebildet sind, und ein die Kraftstoff-Versorgungsleitung abstützendes äußeres Teil
erlaubt es ohne den Rückgriff
auf eine verschiebbare Hülse, das
Einspritzventil zwischen einem an dem inneren Teil gebildeten Sockel,
der das Auslassende des Ventils aufnimmt, und der mit dem Einlassende
des Ventils zu verbindenden Kraftstoff-Verteilerleitung zu montieren und anschließend durch
Montage des äußeren Teils
die Kraftstoff-Versorgungsleitung
zu fixieren.
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Die
Zweiteiligkeit des Saugrohrs macht im Allgemeinen eine Dichtung
für die
Saugluft zwischen den zwei Teilen des Saugrohrs erforderlich, doch
sind die Anforderungen an eine solche Dichtung wesentlich geringer
als im Fall der Kraftstoff-Versorgungsleitung, da die Druckdifferenzen,
denen das Saugrohr ausgesetzt ist, nur einen kleinen Bruchteil des
Betriebsdrucks der Kraftstoff-Versorgungsleitung ausmachen. Außerdem begünstigt die
Tatsache, dass in der Saugleitung im Betrieb ein Unterdruck herrscht, der
die beiden Teile gegeneinander presst, die Dichtigkeit auch einer
umfangreichen Dichtung.
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Einer
ersten Ausgestaltung zufolge, kann die Kraftstoff-Verteilerleitung
einteilig mit dem äußeren Teil
des Saugrohrs ausgebildet sein.
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Bevorzugt
ist allerdings, die Kraftstoff-Verteilerleitung
als ein eigenes Teil auszubilden, das in einem von dem inneren und
dem äußeren Teil
der Saugleitung gemeinsam begrenzten Kanal geführt ist. Dadurch ist es möglich, auch
das äußere Teil
der Saugleitung aus Kunststoff herzustellen und dadurch Gewicht
einzusparen, während
die Kraftstoff-Versorgungsleitung aufgrund des hohen darin herrschenden
Betriebsdruck im Allgemeinen aus Metall gefertigt sein sollte. Ferner
ergibt sich aus dieser Trennung die Möglichkeit, bei Dichtigkeitsproblemen
zwischen der Kraftstoff-Versorgungsleitung
und dem wenigstens einen Einspritzventil lediglich die Kraftstoff-Versorgungsleitung
auszutauschen, was natürlich
preiswerter möglich
ist, wenn diese nicht mit einem Teil des Saugrohrs zusammenhängt.
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Der
Kanal kann durch eine Nut im inneren und/oder im äußeren Teil
des Saugrohrs gebildet sein. Zur Vereinfachung der Montage ist es
wünschenswert,
dass die Kraftstoffleitung formschlüssig in der Nut gehalten ist,
so dass die Kraftstoff-Versorgungsleitung und das Teil der Saugleitung,
in deren Nut erstere eingefügt
ist, während
der Montage als eine zusammenhängende
Einheit gehandhabt werden können.
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Um
einen spielfreien Sitz der Kraftstoff-Versorgungsleitung in dem Kanal zu gewährleisten,
ist in dem Kanal vorzugsweise ein flexibles oder kompressibles Element
aufgenommen, das beim Zusammenbau der zwei Teile des Saugrohrs unter
Druck gesetzt werden kann.
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Eine
Befestigungsbohrung, in die ein Befestigungselement wie etwa eine
Schraube eingeführt werden
kann, um die zwei Teile der Saugleitung gegeneinander zu drücken, ist
vorzugsweise parallel zu einer Längsachse
des Einspritzventils ausgerichtet.
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Insbesondere
dann, wenn wenigstens ein Teil der Saugleitung aus Kunststoff geformt
ist, kann die Befestigungsbohrung vorteilhaft durch eine metallische
Hülse versteift
sein, die materialschlüssig
in das Innere oder das äußere Teil
eingebettet ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
mit Bezug auf die beigefügten
Figuren. Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Luft-Kraftstoff-Versorgungsaufbau
und einen Teil eines Verbrennungsmotors, an dem dieser montiert
ist;
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2 einen
Teilschnitt durch den Versorgungsaufbau der 1 in einer
zur Schnittebene der 1 parallelen, versetzten Ebene;
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3 einen
Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsaufbaus
entlang der gleichen Ebene wie in 2;
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4 einen
Teilschnitt analog dem der 3 durch
eine zweite Abwandlung des Versorgungsaufbaus; und
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5 einen
Teilschnitt analog dem der 3 durch
eine dritte Abwandlung des Versorgungsaufbaus.
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1 zeigt
einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Versorgungsaufbau, mit 1 bezeichnet,
montiert an einem nur zur Hälfte
gezeigten Zylinderkopf 2 eines Verbrennungsmotors. Der
Zylinderkopf 2 hat zwei parallele Einlasskanäle 3,
von denen nur einer in der Figur zu sehen ist, und die in einen Brennraum 4 eines
Zylinders 7 münden.
In den Einlasskanälen 3 sind
Einlassventile 30 angeordnet. Auf einer Längsachse
des Brennraums 4, zwischen der Schnittebene und einer dazu
parallelen, durch den zweiten Einlasskanal verlaufenden Ebene, ist
eine Zündkerze 5 angeordnet.
Unterhalb des Brennraums 4 ist ein Kolben 6 in
einem Zylinderblock 8 geführt.
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Die
Einlasskanäle 3 gehen
von einem Einlassflansch 9 aus, an dem ein inneres oder
unteres Teil 10 eines Saugrohrs des Versorgungsaufbaus 1 befestigt
ist. Das innere Teil 10 und ein äußeres Teil 11 des
Saugrohrs berühren
einander entlang einer Trennebene 12. Sie sind durch elastische
Klammern 31 des äußeren Teils 11,
die Vorsprünge
des inneren Teils 10 umgreifen, aneinander verrastet und
durch eine sich in der Trennebene 12 erstreckende Nut-Feder-Verbindung 32 nach
außen
abgedichtet.
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Die
zwei Teile 10, 11 begrenzen gemeinsam eine Verteilerleitung 13,
die sich quer zur Schnittebene der Figur erstreckt, sowie zu jedem
Zylinder 7 eine Zweigleitung 14, die von der Verteilerleitung 13 zu dem
Zylinder 7 führt.
Die Zweigleitungen 14 sind um die Verteilerleitung 13 herum
geschlungen und setzen sich jeweils aus einem durch das innere Teil 10 gebildeten,
von der Verteilerleitung 13 ausgehenden Einlassstück, einem
durch das äußere Teil 11 gebildeten
Mittelstück
und einem wiederum durch das innere Teil 10 gebildeten
Auslassstück
zusammen, an dessen Ende sich ein Auslassflansch 15 befindet,
der dicht an den Einlassflansch 9 des Zylinderkopfs 2 anschließt.
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Eine
Halterung 16 für
eine Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 ist
einteilig an das äußere Teil 11 der Saugleitung
angeformt. Die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 ist
ein Metallrohr mit rechteckigem Querschnitt, das intern durch ein
diagonales durchbrochenes Blech versteift ist. Es ist in einer Nut 22 der
Halterung 16 aufgenommen, die sich quer zur Schnittebene
der Figur erstreckt. An einer Seite der Versorgungsleitung 17 sind Öffnungen
gebildet, von denen kurze rohrförmige
Stutzen, auch als Einlasstöpfe 18 bezeichnet,
ausgehen. Die Einlasstöpfe 18 sind
vorgesehen, um, durch einen Dichtring 19 abgedichtet, ein
Einlassende eines Einspritzventils 20 aufzunehmen. Das
Auslassende jedes Einspritzventils 20 ist in einem Sockel 21 des
inneren Teils 10 aufgenommen und gehalten und spritzt Kraftstoff
durch eine Öffnung des
Auslassflansches 15 direkt in die zwei Einlasskanäle 3 des
Zylinderkopfs 2.
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An
einem Boden der Nut 22, an der vom Zylinderkopf 2 abgewandten
Seite der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17,
ist ein elastisches Element 23 in Form einer Blattfeder
oder eines Gummipolsters am Boden der Nut 22 angeordnet,
das die Leitung 17 zwischen der Halterung 16 und
einer ihr gegenüberliegenden
Wand 24 des inneren Teils 10 spielfrei fixiert.
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Bei
der Montage des Versorgungsaufbaus 1 werden zunächst die
Einspritzventile 20 in die Einlasstöpfe 18 der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 eingefügt und dort
durch Klammern 25 gesichert. Die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 wird
dann in die Nut der Halterung 16 eingelegt oder -gepresst.
Anschließend
wird das äußere Teil 11 des
Saugrohrs am inneren Teil 10 zentriert, und beide Teile
zusammen werden auf dem Einlassflansch 9 des Zylinderkopfs 2 mit Hilfe
von in 2 gezeigten Befestigungsschrauben 26 befestigt.
Die Schrauben 26, die jeweils in einer zur Schnittebene
der 1 parallelen, versetzten Ebene angeordnet sind,
erstrecken sich durch beide Teile 10, 11 der Saugleitung
und greifen in ein (nicht dargestelltes) Gewinde des Zylinderkopfs 2 ein.
So sorgen sie einerseits für
die Verankerung der Saugleitung am Zylinderkopf 2, zum
anderen halten sie die zwei Teile 10, 11 der Saugleitung
entgegen dem von dem elastischen Element 23 ausgeübten Druck
eng und dicht aneinander.
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Um
eine Verformung der aus in begrenztem Umfang flexiblem Kunststoffmaterial
gebildeten Teile 10, 11 durch den Druck des elastischen
Elements 23 zu verhindern, sind die Teile 10, 11 durch
die Schrauben 26 umgebende Hülsen 27 aus Metall
versteift. Die bei der Herstellung des inneren Teils 10 mit
dessen Kunststoffmaterial umspritzten Hülsen 27 erstrecken
sich auch durch die Bohrungen des äußeren Teils 11.
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3 zeigt
einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Versorgungsaufbaus.
Eine Halterung 16 mit einer die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 aufnehmenden
Nut 22 ist hier am inneren Teil 10 anstatt, wie
in der Ausgestaltung der 1 und 2, am äußeren Teil 11 gebildet.
Ein elastisches Element 23, das die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 gegen
eine der Nut 22 gegenüberliegende
flache Wand 28 des äußeren Teils
der Saugleitung drückt,
ist am Boden der Nut 22 angeordnet. Die (in dieser Figur
nicht dargestellten) Einlasstöpfe
erstrecken sich durch im Boden der Nut 22 gebildete Fenster.
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Bei
der zweiten Abwandlung der 4 ist die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 in
die Halterung 16 am äußeren Teil 11 des
Saugrohrs eingegossen, lediglich die (hier nicht gezeigten) Einlasstöpfe 18 ragen
aus Fenstern der Halterung 16 heraus. Diese Abwandlung
macht den Montageschritt des Einfügens der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 in
die Halterung 16 überflüssig.
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Die
Versorgungsleitung 17 kann, bevor sie mit dem äußeren Teil 11 umspritzt
wird, auf Dichtigkeit, Maßhaltigkeit
etc. getestet werden, so dass fehlerhafte Versorgungsleitungen 17 vor
ihrer Weiterverarbeitung zu einem Versorgungsaufbau gemäß der Erfindung
ausgeschieden oder repariert werden können.
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Das
Einfügen
der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 in die Halterung erübrigt sich
auch bei der in 5 in einem Teilschnitt gezeigten
dritten Abwandlung. Hier ist die Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 einstückig in
das aus Kunststoff oder Aluminium gefertigte äußere Teil 11 des Saugrohrs
integriert. Die Wand der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 ist bei
der Ausgestaltung der 5 an einer dem Zylinderkopf zugewandten
Seite, die einen Abschnitt der Trennebene 12 zwischen innerem
und äußerem Teil 10, 11 der
Saugleitung bildet, eben und ist von einem flachen Steg 29 des
inneren Teils 10 verdeckt. Dieser Steg 29 ist
stellenweise durchbrochen, um Durchgänge für in der Figur nicht dargestellte,
dicht an der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 befestigte
Einlasstöpfe
zu schaffen. Der Steg 29 könnte ohne wesentliche Beeinträchtigung
der Stabilität
des Versorgungsaufbaus auch entfallen.
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Zwar
ergibt sich bei dieser Ausgestaltung das Problem, dass ein Schaden
an der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 es
erforderlich machen kann, das gesamte äußere Teil 11 und nicht
nur die Versorgungsleitung 17 zu verwerfen. Dieser Nachteil
ist jedoch gegenüber
der Vereinfachung der Montage von untergeordneter Bedeutung. Dies
liegt daran, dass das äußere Teil 11 überwiegend
dünnwandig
ist, und deshalb mit geringen Materialkosten und, in Folge einer
aus der Dünnwandigkeit
resultierenden Flexibilität,
mit relativ großzügigen Maßtoleranzen
gefertigt werden kann. Das innere Teil 10 hingegen, das
insbesondere im Bereich des Auslassflansches 15 dickwandiger
und starrer ist und im Vergleich kleinere Maßtoleranzen aufweist, ist von
Fehlern der Kraftstoff-Versorgungsleitung 17 nicht betroffen.
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- 1
- Versorgungsaufbau
- 2
- Zylinderkopf
- 3
- Einlasskanal
- 4
- Brennraum
- 5
- Zündkerze
- 6
- Kolben
- 7
- Zylinder
- 8
- Zylinderblock
- 9
- Einlassflansch
- 10
- Innerer
Teil
- 11
- Äußerer Teil
- 12
- Trennebene
- 13
- Verteilerleitung
- 14
- Zweigleitung
- 15
- Auslassflansch
- 16
- Halterung
- 17
- Kraftstoff-Versorgungsleitung
- 18
- Einlasstopf
- 19
- Dichtring
- 20
- Einspritzventil
- 21
- Sockel/Sitz
- 22
- Nut
- 23
- Elastisches
Element
- 24
- Wand
- 25
- Klammer
- 26
- Befestigungsschrauben
- 27
- Hülse
- 28
- Wand
- 29
- Steg
- 30
- Einlassventil
- 31
- Klammer
- 32
- Nut-Feder-Verbindung