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ART DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft
Ansaugsysteme für
Verbrennungsmotoren insbesondere der Art, wie sie für Automobile
verwendet werden. Sie betrifft insbesondere Ansaugkrümmer, Zerstäuberluft-Verteilerrohre
und Verfahren zu ihrer Herstellung.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Einspritzventile sind oft so konstruiert,
dass sie die Zerstäubung
von Kraftstoff durch die Düsen unter
Verwendung von Luft unter erhöhtem
Druck unterstützen.
Da jedes einzelne Einspritzventil in einem Motor Druckluftunterstützung benötigt, ist
jedes an einen Druckluftvorrat angeschlossen.
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Weil sich die Einspritzventile herkömmlicherweise
in vordefinierten Positionen zueinander befinden, wird einer Einspritzventilreihe
Luft durch ein außen
liegendes Verbindungs- bzw. Verteilerrohr zugeführt. Dieses Rohr ist starr
und an einer Reihe von Einspritzventilen entlang einer einzelnen
Zylinderreihe befestigt. Daher weisen Reihenmotoren ein einzelnes
Verteilerrohr auf, das sich über
die gesamte Länge
des Motors erstreckt und alle Zylinder verbindet. Motoren mit zwei
Zylinderreihen, z. B. V-Motoren oder Boxermotoren, sind mit zwei
Verteilerrohren ausgestattet, wobei jedes Rohr an die Einspritzventile
einer einzelnen Zylinderreihe angeschlossen ist. Bei einer anderen
Anordnung wird der Zerstäuberluft-Kanal
nicht durch ein außen
liegendes Verteilerrohr gebildet, sondern als Kanal im Inneren des
Ansaugkrümmers.
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Auch wenn für das außen verlaufende Verteilerrohr
zusätzliche
Leitungen und Anschlüsse
pro Einspritzventil erforderlich sind, bietet es den Vorteil eines
Kanals, bei dem Luftdruck und Luftverteilung optimal sind. Außerdem ermöglicht diese
Konstruktion, Ansaugkrümmerund
Zylinderkopfgeometrie einfach zu halten.
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Im Inneren des Krümmers liegende Zerstäuberluft-Kanäle sind
in ihrer Konstruktion äußerst eingeschränkt. Beispielsweise
werden sie entweder mithilfe von Formstiften ausgeformt oder nach
dem Gießen
des Krümmers
tiefgebohrt. Aus diesem Grunde weisen die Zerstäuberluft-Kanäle
typischerweise einen relativ konstanten kreisförmigen Querschnitt mit einer
geraden Längsachse
auf. Ihr Durchmesser ist typischerweise dadurch begrenzt, dass für sie nur
der Raum zwischen und um die Einspritzventilsitze und Einlassanschlüsse zur
Verfügung
steht. Die Längsachsen
der in den Krümmer
integrierten Zerstäuberluft-Kanäle sind
typischerweise zu einer Seite der Einspritzventilsitze hin versetzt,
so dass sie die Einspritzventilsitze auf einer Seite schneiden.
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Diese Einschränkungen bringen einige Probleme
mit sich. Zum einen kommt es zu einem bedeutenden Abfall des Zerstäuberluft-Drucks
von einem Einspritzventil zum nächsten,
wenn die Zerstäuberluft
entlang des Zerstäuberluft-Kanals
strömt. Zum
anderen werden beim Ansteuern der Einspritzventile Druckimpulse
erzeugt, die sich entlang der Zerstäuberluft-Kanäle fortsetzen.
Je nach Geometrie der Zerstäuberluft-Kanäle können diese
Impulse dazu führen,
dass den Einspritzventilen zu wenig bzw. zu viel Zerstäuberluft
zugeführt
wird. Dies wird allgemein als „Kreuzkopplung„ zwischen
den Einspritzventilen bezeichnet und hat negative Auswirkungen auf
die Kraftstoffzerstäubung.
Darüber
hinaus kann Kraftstoff von einem im Luftstrom vorgeschalteten Einspritzventil
in die Zerstäuberluft-Kanäle und von
dort zu den benachbarten Luftdüsen
gelangen.
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Die Zufuhr von Zerstäuberluft
an einem Ende des integrierten Zerstäuberluft-Kanals verschärft die Probleme.
Typischerweise besteht an einem Ende des Zerstäuberluft-Kanals ein Anschluss,
in den die Zerstäuberluft
eingeleitet wird. Folglich werden z. B. die Zerstäuberluft-Kanäle eines
Achtzylinder-V-Motors (mit zwei Reihen mit jeweils vier Zylindern) über eine
Luftleitung versorgt, die an ein Ende des Zerstäuberluft-Kanals angeschlossen ist. Damit das
an dem am weitesten entfernt liegenden Motorende vorhandene Einspritzventil
erreicht wird, muss der Kanal an drei Einspitzventilen vorbei verlaufen,
die alle Druckimpulse in das System einbringen, die sich auf den letzten
Zylinder der Reihe auswirken. In einem Sechszylinder-Reihenmotor
verläuft
der Zerstäuberluft-Kanal
an fünf
Einspritzventilen entlang, bevor er das letzte Einspritzventil am
Ende der Zylinderreihe erreicht.
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Über
fünf Einspritzventile
gelangen jeweils Druckimpulse in den Zerstäuberluft-Kanal, die sich auf
das letzte Einspritzventil auswirken.
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Das Patent
US-A-5.209.191 (Filterwerk Mann & Hummel GmbH)
betrifft einen Ansaugkrümmer,
dessen Kanäle
so angeordnet sind, dass sie die Kurbelgehäuseentlüftung integrieren. Daher sind
ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung notwendig, um einem
Motor mit mehreren Einspritzventilen Zerstäuberluft zuzuführen. Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine solche Vorrichtung und
ein entsprechendes Verfahren zu entwickeln.
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ZUSAMMENFASSENDE
DARSTELLUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
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Gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Ansaugsystem für einen Verbrennungsmotor zur
Verfügung
gestellt, der mindestens eine Reihe nebeneinander liegender Zylinder
aufweist, wobei das System Folgendes umfasst: Eine erste Gruppe
von Lufteinlass-Kanälen,
die an mindestens eine Zylinderreihe angeschlossen werden können; eine
erste Gruppe von Einspritzventilsitzen, die jeweils in Gasaustausch
mit der ersten Gruppe von Lufteinlass-Kanälen stehen; ein erster Zerstäuberluft-Kanal, der so angeschlossen
ist, dass er in Gasaustausch mit der ersten Gruppe von Einspritzventilsitzen
steht, um jedem der Einspritzventilsitze Zerstäuberluft zur Verfügung zu
stellen. Er ist dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Einspritzventilsitze
der ersten Gruppe eine zentrale Längsachse aufweist, wobei außerdem der
erste Zerstäuberluft-Kanal
jede der Mittelachsen der Gruppe von Einspritzventilsitzen schneidet.
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Das Luftansaugsystem kann auch eine
zweite Gruppe von Lufteinlass-Kanälen umfassen, die an mindestens
eine weitere Zylinderreihe des Verbrennungsmotors angeschlossen
werden können,
um Verbrennungsluft zu den Zylindern der zweiten Zylinderreihe zuzuführen; eine
zweite Gruppe von Einspritzventilsitzen, die so angeschlossen sind,
dass sie jeweils in Gasaustausch mit einem der Lufteinlass-Kanäle der zweiten
Gruppe von Lufteinlass-Kanälen
stehen, und einem zweiten Zerstäuberluft-Kanal,
der in Gasaustausch mit der ersten Gruppe von Einspritzventilsitzen
angeschlossen ist, um jedem der Einspritzventilsitze Zerstäuberluft
zuzuführen, wobei
der Zerstäuberluft-Kanal
einen zweiten Zerstäuberluft-Versorgungsanschluss
zur Aufnahme von Zerstäuberluft
aufweist und der zweite Zerstäuberluft-Anschluss zwischen
den letzten beiden Einspritzventilsitzen der zweiten Gruppe von
Einspritzventilsitzen angeordnet ist. Die erste und zweite Gruppe von
Lufteinlass-Kanälen
können
jeweils mindestens drei Kanäle
umfassen. Jeder dieser mindestens drei Kanäle ist an einen zugehörigen Zylinder
der ersten bzw. zweiten Zylinderreihe anschließbar.
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Die erste und zweite Gruppe von Lufteinlass-Kanälen können jeweils
mindestens vier Kanäle umfassen.
Jeder dieser mindestens vier Kanäle
ist an einen entsprechenden Zylinder der ersten bzw. zweiten Zylinderreihe
anschließbar.
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Die erste Gruppe von Lufteinlass-Kanälen kann
mindestens vier Kanäle
umfassen. Jeder dieser mindestens vier Kanäle ist an einen zugehörigen Zylinder
der ersten Zylinderreihe anschließbar.
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Die erste Gruppe von Einspritzventilsitzen, die
erste Gruppe von Lufteinlass-Kanälen,
der erste Zerstäuberluft-Kanal und der erste
Zerstäuberluft-Versorgungsanschluss
können
in einem Ansaugkrümmer
ausgeformt sein.
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Der erste Zerstäuberluft-Kanal kann eine Längsachse
aufweisen. Diese Achse kann die erste Längsachse der ersten Gruppe
von Einspritzventilsitzen als wesentliche Eigenschaft schneiden.
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Der erste Zerstäuberluft-Kanal kann die Gruppe
von Einspritzventilsitzen zwischen zwei kreisrunden Sitzen auf jedem
der Einspritzventilsitze der Gruppe schneiden, und die beiden kreisrunden Sitze
können
mit zwei flexiblen Dichtungen montiert werden, die zwischen den
beiden kreisrunden Sitzen und einem Einspritzventil liegen.
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Die beiden flexiblen Dichtungen können beispielsweise
O-Ringe sein. Der
Krümmer
kann eine Luftsammelkammer umfassen und aus faserverstärktem Kunststoff
bestehen.
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Andere kennzeichnende Merkmale und
Vorteile der Erfindung werden sich Sachkundigen nach dem Studium
der folgenden Zeichnungen, der detaillierten Beschreibung und den
nachfolgend aufgeführten
Ansprüchen
erschließen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Draufsicht eines Ansaugkrümmers
für einen
Achtzylinder-V-Motor mit zwei Zylinderreihen, von denen jede mit
einem Zerstäuberluft-Kanal
ausgestattet ist, der vier Einspritzventile und eine in der Mitte
positionierten Zuführung
des Zerstäuberluft-Kanals
versorgt;
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2 ist
eine Seitenansicht des Ansaugkrümmers
in 1, die den Zerstäuberluft-Kanal
einer einzelnen Zylinderreihe zeigt;
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3 ist
eine Schnittdarstellung des Ansaugkrümmers am Schnittverlauf 3-3
in 1 und zeigt den Krümmungsverlauf
im Inneren der Sammelkammer;
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4 ist
eine Schnittdarstellung des Ansaugkrümmers am Schnittverlauf 4-4
in 1 und zeigt den Zerstäuberluft-Kanal
und die Einspritzventilsitze für
eine Zylinderreihe im Querschnitt;
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5 zeigt
die Einzelheit 5-5 des Ansaugkrümmers
in 3 im Schnitt mit
Einzelheiten von Einspritzventilsitz und einem Schnitt durch den
Zerstäuberluft-Kanal
mit Mittelachse in den Einspritzventilsitzen;
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6 ist
eine Schnittdarstellung des Ansaugkrümmers am Schnittverlauf 6-6
in 1 und zeigt die Verbrennungsluft-Eintrittsöffnung zur
Sammelkammer des Krümmers;
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7 ist
eine Schnittdarstellung am Schnittverlauf 7-7 in 1 und zeigt den mittleren Zerstäuberluft-Einlass
in den Zerstäuberluft-Kanal;
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8 zeigt
eine alternative Anordnung des Zerstäuberluft-Kanals des Krümmers in 1, der als separate Baugruppe
ausgeführt
und nicht wie in 1 in
den Krümmer
integriert ist;
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9 zeigt
eine Schnittdarstellung des als Einzelbaugruppe ausgeführten Zerstäuberluft-Kanals
in 8, bei dem die Schnittebene durch
die Mittellinien der Einspritzventilsitze und die Mittelline der
Zerstäuberluft-Leitung
definiert ist;
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10 ist
eine Schnittdarstellung des als Einzelbaugruppe ausgeführten Zerstäuberluft-Kanals
in 8 und 9.
Sie zeigt die Einzelheit 10-10 in 9 und
zeigt einen Teilbereich des Krümmers
in 1 im Schnitt, allerdings
mit einem separaten Zerstäuberluft-Kanal und dem Verfahren,
mittels dessen der separate Zerstäuberluft-Kanal am Krümmer befestigt
ist;
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11 ist
eine Draufsicht auf den Krümmer eines
Sechszylinder-Reihenmotors mit einer Zylinderreihe und einem integrierten
Zerstäuberluft-Kanal, der
in derselben Weise als Bestandteil des Krümmers ausgeführt ist,
wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben;
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12 ist
eine Draufsicht auf den Krümmer eines
Vierzylinder-V-Motors mit zwei Zylinderreihen, die jeweils einen
integrierten Zerstäuberluft-Kanal aufweisen,
der in derselben Weise als Bestandteil des Krümmers ausgeführt ist,
wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben;
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13 ist
eine Draufsicht auf den Krümmer eines
Sechszylinder-V-Motors mit zwei Zylinderreihen und einem integrierten
Zerstäuberluft-Kanal,
der in derselben Weise als Bestandteil des Krümmers ausgeführt ist,
wie in den vorhergehenden Figuren beschrieben;
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14 ist
eine Teilansicht im Schnitt und betrifft eine Form für den Zerstäuberluft-Kanal
und die Einspritzventilsitze des Krümmers in 1 oder das Zerstäuberluft-Verteilerrohr in 8. Sie zeigt zum einen die Vorsprünge für die Einspritzventilsitze
und den Vorsprung für
den Zerstäuberluft-Anschluss,
die von einem oberen Formteil ausgehen, das der Formgebung der Einspritzventilsitze
und des Zerstäuberluft-Anschlusses
dient, und zum anderen die Formstifte, die sich lateral durch die
Vorsprünge
zur Formgebung des Zerstäuberluft-Kanals erstrecken
und die Vorsprünge
verbinden. Bei dieser Darstellung sind die Bereiche der oberen und
unteren Formhälfte weggelassen,
die die Außenfläche des
Zerstäuberluft-Kanals
und die Einspritzventilsitze formen, um die Anordnung von Vorsprüngen und
Formstiften deutlich zu zeigen; und
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15 ist
eine Einzelheit im Schnitt der Formanordnung in 14 mit
Schnittverlauf 15-15 und zeigt den Vorsprung zur Formung des Zerstäuberluft-Anschlusses
und die Zerstäuberluft-Kanal-Formstifte
im Querschnitt, einschließlich
Einzelheiten einer Aussparung (als Nut) und eines Gegenstücks (als Feder)
der Formstifte, die sie zueinander ausrichten.
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Bevor näher auf die Erklärung von
mindestens einer Ausführungsform
der Erfindung eingegangen wird, muss vorausgeschickt werden, dass
es als vorausgesetzt gilt, dass diese Ausführungsform nur als Beispiel
dient und die Erfindung nicht auf die nachfolgend beschriebenen
oder in den Zeichnungen dargestellten Konstruktionsdetails und Anordnung
der Bauteile beschränkt
ist. Es sind auch weitere Ausführungsformen
der Erfindung einschließlich verschiedener
Umsetzungsweisen möglich.
Es gilt außerdem
als vorausgesetzt, dass die in dieser Patentschrift verwendeten
Formulierungen und Bezeichnungen nur dem Zweck der Beschreibung
dienen und nicht als ausschließlich
mögliche
Formulierungen und Bezeichnungen anzusehen sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt
einen Ansaugkrümmer 12 für einen
Achtzylinder-V-Motor. Die Einspritzventile sind in den Einspritzventilsitzen 18 angebracht,
die im Krümmer 12 ausgeformt
sind, und stehen in Gasaustausch mit den Lufteinlass-Kanälen 20,
die dem Motor 10 Verbrennungsluft zuführen. Jede Zylinderreihe des Krümmers weist
einen Zerstäuberluft-Kanal 22 auf, der
sich über
die gesamte Länge
jeder dieser Reihen erstreckt und in Gasaustausch mit jedem der
in den jeweiligen Zylinderreihen enthaltenen Einspritzventilsitzen
steht. Zwischen den beiden inneren Zylindern einer Reihe befindet
sich ein Zerstäuberluft-Anschluss 42,
der mit Zerstäuberluft
unter Druck versorgt wird.
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Die Lufteinlass-Kanäle 20 liefern
im Wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft für die jeweils zugehörigen Zylinder.
Sie gehen von einem zentralen Bereich oder einer Sammelkammer 30 des
Ansaugkrümmers 12 aus.
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Die Sammelkammer nimmt durch eine Öffnung 32 im
Wesentlichen die gesamte für
den Motor erforderliche Verbrennungsluft auf. Sie dient zu deren
Verteilung in die jeweiligen Lufteinlass-Kanäle 20, die zusammen
dem Motor im Wesentlichen die gesamte Verbrennungsluft zu gleichen
Teilen zuleiten. Die Lufteinlass-Kanäle haben im Wesentlichen dieselbe
Querschnittsfläche
und führen
im Wesentlichen dieselbe Menge an Verbrennungsluft.
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Da der Krümmer 12 für einen
Achtzylinder-V-Motor konstruiert wurde, sind zwei Gruppen von Lufteinlass-Kanälen 20 vorhanden,
eine pro Zylinderreihe. Jede weist vier Kanäle auf, jeder einzelne Kanal
ist an einen der Zylinder der zugehörigen Reihe angeschlossen. 4 zeigt die Anordnung einer typischen
Einspritzventilsitz-Baugruppe
zusammen mit dem zugehörigen
Zerstäuberluft-Kanal. Jede Gruppe
von Lufteinlass-Kanälen
verfügt über einen zugehörigen Zerstäuberluft-Kanal 22,
der als fester Bestandteil des Krümmers geformt ist und in Gasaustausch
mit allen Einspritzventilen 16 dieser Gruppe steht. Auch
wenn in 5 nur ein einziges Einspritzventil 16 in
dem zugehörigen
Einspritzventilsitz 18 dargestellt ist, gilt als vorausgesetzt,
dass jeder einzelne der in dieser Patentschrift beschriebenen Einspritzventilsitze
in ähnlicher
Weise ausgestattet ist.
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Der Zerstäuberluft-Kanal für jede einzelne Gruppe
von Lufteinlass-Kanälen
ist kreisförmig
und verfügt über eine
Längsachse 34,
die sich durch die Einspritzventilsitze 18 in jeder Gruppe
erstreckt und sie schneidet. Der Zerstäuberluft-Kanal und seine Längsachse
schneiden die Einspritzventilsitze vorzugsweise im rechten Winkel
zur Mittelachse 36 der Einspritzventilsitze, um für eine bessere
Verteilung der Zerstäuberluft
zu sorgen. Wie am besten in 5 zu erkennen,
in der der Zerstäuberluft-Kanal 22 mit Blick
in seine Hauptrichtung dargestellt ist, schneidet der Zerstäuberluft-Kanal
vorzugsweise die Mittelachse 36 der Einspritzventilsitze 18.
Wie hier dargestellt, schneidet die Längsachse 34 vorzugsweise
die Mittelachse 36 der Einspritzventilsitze.
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Tatsächlich ist die Durchdringung
von Zerstäuberluft-Kanälen und
Einspritzventilsitzen vorzugsweise so vollständig, dass eine separate und deutliche
Eintrittsöffnung
gebildet wird, die eine Auslassöffnung
des Zerstäuberluft-Kanals
in den und aus den Einspritzventilsitz darstellt. Die Einspritzventilsitze in
jeder Zylinderreihe sind vorzugsweise in einer im Wesentlichen geraden
Linie angeordnet, daher schneidet der Zerstäuberluft-Kanal 22 (der
ebenfalls vorzugsweise gerade geführt wird) jeden Einspritzventilsitz
jeweils an derselben Position des zugehörigen Sitzes.
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Die Einspritzventile 16 werden
in den Sitzen 18 von zwei flexiblen Dichtungen getragen,
hier als O-Ringe 38 dargestellt, die die Zerstäuberluft-Kammern 40 zwischen
der Außenfläche der
Einspritzventile 16 und der Innenfläche der Einspritzventilsitze 18 begrenzen.
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Diese Dichtungen stützen das
Einspritzventil und verhindern, dass die unter Druck stehende Zerstäuberluft
aus dem Einspritzventilsitz entweicht. Die Zerstäuberluft-Kanäle werden
in die Einspritzventilsitze in den Zerstäuberluft-Kammern 40 an
einem Punkt zwischen der oberen und der unteren flexiblen Dichtung 38 hinein- und hinausgeführt. Auf
diese Weise wird die Zerstäuberluft
in den Einspritzventilsitzen gehalten und ihr Austreten verhindert.
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In den Zerstäuberluft-Kanal des in 1 dargestellten Krümmers wird
an einem Punkt zwischen den beiden inneren Einspritzventilen jeder
Zylinderreihe Luft eingeleitet. Wie am besten in 1 und 4 zu
erkennen, ist im Zerstäuberluft-Kanal
ein Zerstäuberluft-Anschluss 42 vorhanden, über den
unter Druck stehende Zerstäuberluft
in den Zerstäuberluft-Kanal
eingeleitet wird. Dieser Anschluss kann mit einem beliebigen der
vielen herkömmlichen
Mittel, die Fachleuten vertraut sind, an eine Zerstäuberluft-Leitung
angeschlossen werden. Wie der Darstellung zu entnehmen, ist ein
einziger Anschluss vorhanden, durch den Luft eingeleitet wird. Sobald
Luft in den Zerstäuberluft-Anschluss 42 eingeleitet
wird, wird sie in zwei Richtungen abgeleitet und folgt einem Pfad
nach rechts und einem nach links. Jeder dieser Pfade leitet die
Zerstäuberluft
einem Paar benachbarter Zylinder der Zylinderreihe zu.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform
liegt der Zerstäuberluft-Anschluss 42 zwischen
zwei Paaren von Einspritzventilsitzen und versorgt demnach die gleiche
Anzahl von Zylindern auf jedem Pfad. Er kann allerdings auch an
beliebiger Position zwischen zwei nebeneinander liegenden Einspritzventilsitzen angebracht
sein und trotzdem wesentliche Vorteile gegenüber der Anordnung des geltenden
Stands der Technik bieten, bei dem die Zerstäuberluft nur an einem Ende
des Zerstäuberluft-Kanals zugeführt wird.
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Beispielsweise zeigt 11 einen
Ansaugkrümmer 210 für einen
Sechszylinder-Reihenmotor, der alle sechs Einspritzventilsitze für jeden
Zylinder des Motors über
einen einzigen Zerstäuberluft-Kanal versorgt.
In diesem Fall befindet sich der Zerstäuberluft-Anschluss zwischen
zwei Gruppen mit je drei Zylindern (und daher zwischen zwei Gruppen
mit drei Lufteinlass-Kanälen
und den jeweils zugehörigen Einspritzventilsitzen)
im Zerstäuberluft-Kanal. Ansonsten
ist das System abgesehen von der Anordnung der Zylinder in einer
einzelnen Reihe in jeder Hinsicht identisch mit dem in 1 dieser Patentschrift beschriebenen.
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Als weiteres Beispiel zeigt 12 einen Ansaugkrümmer 310 für einen
Vierzylinder-V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die jeweils einen
Zerstäuberluft-Kanal
zur Versorgung der beiden Zylinder der betreffenden Reihe aufweisen.
In diesem Fall befindet sich der Zerstäuberluft-Anschluss zwischen
den beiden Zylindern (und daher zwischen den beiden Lufteinlass-Kanälen und
zugehörigen
Einspritzventilsitzen) in jeder Zylinderreihe. Ansonsten ist das
System abgesehen von der geringeren Anzahl an Zylindern, Lufteinlass-Kanälen und
zugehörigen
Einspritzventilen in jeder Zylinderreihe in jeder Hinsicht identisch mit
dem in 1 dieser Patentschrift
beschriebenen.
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In einem zusätzlichen Beispiel zeigt 13 einen Ansaugkrümmer 410 für einen
Sechszylinder-V-Motor mit zwei Zylinderreihen, die jeweils einen Zerstäuberluft-Kanal zur Versorgung
der drei Zylinder der betreffenden Reihe aufweisen. In diesem Fall befindet
der Zerstäuberluft-Anschluss
sich zwischen zwei der drei Zylinder jeder Reihe (und daher zwischen
zwei Lufteinlass-Kanälen
und den zugehörigen
Einspritzventilsitzen), mit einem Zylinder (sowie Kanal und zugehörigem Sitz)
auf einer Seite des Zerstäuberluft-Anschluss und zwei
Zylindern (und zugehörigen
Lufteinlass-Kanälen
sowie zugehörigen
Einspritzventilen) auf der anderen Seite des Zerstäuberluft-Anschlusses.
Ansonsten ist das System abgesehen von der geringeren Anzahl an
Zylindern, Lufteinlass-Kanälen
und zugehörigen
Einspritzventilsitzen in jeder Zylinderreihe in jeder Hinsicht identisch
mit dem in 1 dieser
Patentschrift beschriebenen Krümmer.
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Während
die Zerstäuberluft-Kanäle und Einspritzventilsitze
vorzugsweise als fester Bestandteil des Krümmers ausgeformt sind wie die
in den 1 bis 7 und 11 bis 13 dargestellte Anordnung, können diese
Baugruppen auch separat geformt und später am Krümmer befestigt werden. Dies
hat den Vorteil, dass Zerstäuberluft-Kanal
und Krümmer
präziser
gefertigt und genauer positioniert werden können. Bei einer solchen Ausführung werden
Zerstäuberluft-Kanal
und Einspritzventilsitze vorzugsweise abnehmbar am Ansaugkrümmer selbst
befestigt.
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Die 8 bis 10 zeigen eine entsprechende Ausführungsform
mit einem Zerstäuberluft-Verteilerrohr
für einen
Krümmer 110.
Er ist Krümmer 12 ähnlich,
ist jedoch mit einem separaten Zerstäuberluft-Kanal ausgestattet,
der als eigene Baugruppe in Form eines Zerstäuberluft-Verteilerrohrs ausgeführt und
abnehmbar am Krümmer
befestigt ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Krümmer 110,
an dem sie befestigt ist, in jeder Hinsicht mit dem in 1 dargestellten Krümmer 12 identisch,
außer dass
er keinen integrierten Zerstäuberluft-Kanal 22 und
keine integrierten Einspritzventilsitze 18 aufweist, wie
am deutlichsten in 5 dargestellt.
Stattdessen wird ein Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 mit zugehörigen Einspritzventilsitzen 18 als
eigene Baugruppe hergestellt und am modifizierten Krümmer 110 befestigt,
wie am besten in 10 zu erkennen. Wie
der Krümmer 12 des
Beispiels in 1 ist auch der
Krümmer 110 für einen
Achtzylinder-V-Motor konstruiert und weist zwei Gruppen von Lufteinlass-Kanälen 120 auf,
eine pro Zylinderreihe. Jede weist vier Kanäle 120 auf, jeder
einzelne Kanal ist an einen der Zylinder der zugehörigen Reihe
angeschlossen. 9 zeigt die Anordnung
einer typischen Einspritzventilsitz-Baugruppe zusammen mit dem zugehörigen Zerstäuberluft-Kanal 122.
Jede Gruppe von Lufteinlass-Kanälen 120 auf
jeder Reihe ist mit einem zugehörigen
Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 ausgestattet,
das in Gasaustausch mit allen Einspritzventilen 116 dieser
Gruppe steht. Auch wenn in 10 nur
ein einziges Einspritzventil 116 in dem zugehörigen Einspritzventilsitz 118 dargestellt ist,
gilt als vorausgesetzt, dass jeder einzelne der in dieser Patentschrift
beschriebenen Einspritzventilsitze in ähnlicher Weise ausgestattet
ist.
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Der Zerstäuberluft-Kanal 122 für jede einzelne
Gruppe von Lufteinlass-Kanälen 120 ist
kreisförmig
und verfügt über eine
Längsachse 134,
die sich durch die Einspritzventilsitze 118 jeder Gruppe
erstreckt und sie schneidet. Jeder Zerstäuberluft-Kanal 122 und
seine Längsachse 134 schneiden
die Einspritzventilsitze vorzugsweise im rechten Winkel zur Mittelachse 136 der
zugehörigen
Einspritzventilsitze 118, um für eine bessere Verteilung der
Zerstäuberluft
zu sorgen. Wie am besten in 9 zu erkennen, in
der der Zerstäuberluft-Kanal 122 quer
geschnitten dargestellt ist, schneidet der Zerstäuberluft-Kanal 122 vorzugsweise
die Mittelachse 136 der Einspritzventilsitze 118.
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Vorzugsweise schneidet die Längsachse 134 wie
hier dargestellt die Mittelachse 136 der Einspritzventilsitze.
Tatsächlich
ist die Durchdringung von Zerstäuberluft-Kanälen und
Einspritzventilsitzen vorzugsweise so vollständig, dass eine separate und deutliche
Eintritts- und Auslassöffnung des
Zerstäuberluft-Kanals
in den und aus dem Einspritzventilsitz gebildet wird. Die Einspritzventilsitze 118 in
jeder Zylinderreihe sind vorzugsweise in einer im Wesentlichen geraden
Linie angeordnet, daher schneidet der zugehörige Zerstäuberluft-Kanal 122 (der
ebenfalls vorzugsweise gerade geführt wird) jeden seiner Einspritzventilsitze 118 jeweils
an derselben Postion des zugehörigen
Sitzes. Die Einspritzventile 116 werden in den Sitzen 118 von
zwei flexiblen Dichtungen gehalten, hier als O-Ringe 138 dargestellt,
die die Zerstäuberluft-Kammern 140 zwischen
der Außenfläche der
Einspritzventile 116 und der Innenfläche der Einspritzventilsitze 118 begrenzen.
Diese Dichtungen stützen
das Einspritzventil und verhindern, dass die unter Druck stehende
Zerstäuberluft
aus dem Einspritzventilsitz entweicht. Die Zerstäuberluft-Kanäle 122 werden
in die Einspritzventilsitze 118 in den Zerstäuberluft-Kammern 140 an
einem Punkt zwischen der oberen und der unteren flexiblen Dichtung 138 hinein-
und hinausgeführt.
Auf diese Weise wird die Zerstäuberluft
in den Einspritzventilsitzen gehalten und ihr Austreten verhindert.
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In den Zerstäuberluft-Kanal von Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 wird
an einem Punkt zwischen den beiden inneren Einspritzventilen jeder
Zylinderreihe Luft zugeführt.
Wie am besten in 9 zu erkennen, weist
der Zerstäuberluft-Kanal 122 einen Zerstäuberluft-Anschluss 142 (ähnlich wie
Zerstäuberluft-Anschluss 42 ausgeführt und
in jeder Hinsicht identisch konstruiert) auf. Über diesen Anschluss wird die
unter Druck stehende Zerstäuberluft
dem Zerstäuberluft-Kanal 122 zugeführt. Dieser
Anschluss kann mit einem beliebigen der vielen herkömmlichen
Mittel, die Fachleuten vertraut sind, an eine Zerstäuberluft-Leitung
angeschlossen werden. Wie der Darstellung zu entnehmen, ist ein
einziger Anschluss vorhanden, durch den Luft eingeleitet wird. Sobald
Luft in den Zerstäuberluft-Anschluss 142 eingeleitet
wird, wird sie in zwei Richtungen abgeleitet und folgt einem Pfad
nach rechts und einem nach links. Jeder dieser Pfade leitet die
Zerstäuberluft
einem Paar benachbarter Zylinder der diesem Zerstäuberluft-Kanal
zugehörigen
Zylinderreihe zu.
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Anders als in den in 1 bis 7 und 11 bis 13 dargestellten
Beispielen kann das Zerstäuberluft-Verteilerrohr vom
Krümmer
abgenommen werden. Damit ein luftdichter Abschluss zum Krümmer gewährleistet
ist, weist jeder Ventilsitz 118 auf dem Zerstäuberluft-Verteilerrohr eine
zugehörige
ringförmige
Dichtfläche 52 an
der Unterseite der Einspritzventilsitze 118 auf, die auf
eine ähnliche
kreisförmige Öffnung 54 auf
dem Krümmer 110 stößt. Ein
Dichtmaterial (nicht gesondert dargestellt), beispielsweise Dichtringe
oder Flachdichtungen, kann zwischen diesen Flächen 52 und den zugehörigen Öffnungen 54 angebracht
werden. Das Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 ist
mit mehreren Befestigungselementen, vorzugsweise lösbaren schraubenartigen
Befestigungen, befestigt, am besten (wie in dieser Darstellung) mit
Schrauben 56. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist jeder Einspritzventilsitz
mit einer Lasche 58 versehen, die vom Sitz nach oben ragt
und eine Bohrung 60 aufweist, die zur Aufnahme des Befestigungselements
dient. Das Befestigungselement wird wie in 10 dargestellt
in den Krümmer 110 geschraubt,
wodurch das Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 am
Krümmer 110 befestigt
wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform
liegt der Zerstäuberluft-Anschluss 142 zwischen
zwei Paaren von Einspritzventilsitzen und versorgt demnach die gleiche
Anzahl von Zylindern auf jedem Pfad. Er kann allerdings auch an
beliebiger Position zwischen zwei nebeneinander liegenden Einspritzventilsitzen 118 angebracht sein
und trotzdem wesentliche Vorteile gegenüber der Anordnung gemäß dem geltenden
Stand der Technik bieten, wo die Zerstäuberluft nur an einem Ende
des Zerstäuberluft-Kanals
zugeführt
wird.
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Wie in den in 11 bis 13 dargestellten Beispielen für einen
Zerstäuberluft-Kanal,
der als integrierter Bestandteil eines Krümmers ausgeführt ist, kann
das in 8 bis 10 gezeigte
Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 für eine Vielzahl
von Motorbauformen verwendet werden, einschließlich Sechszylinder-Reihenmotor,
Vierzylinder- und
Sechszylinder-V-Motor. Es befindet sich auf diesen Motoren an einer ähnlichen
Position wie die in 11 bis 13 gezeigten Zerstäuberluft-Kanäle.
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Bei allen vorstehend genannten Ausführungsformen
werden die Zerstäuberluft-Kanäle und Einspritzventilsitze
vorzugsweise in einem Formgebungsarbeitsgang gefertigt, dabei ist
gleichgültig,
ob sie als Bestandteil des gesamten Krümmers 12, 210, 310 bzw.
410 oder in Form der separaten Baugruppe des Zerstäuberluft-Verteilerrohrs 50 ausgeführt werden.
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In den 14 und 15 wird die bevorzugte Anordnung dargestellt.
Der Eindeutigkeit halber wird auf die Darstellung der Bereiche der
Hohlform verzichtet, die die Außenfläche der
Zerstäuberluft-Kanäle und der
Einspritzventilsitze formen. Nur die vorspringenden Teile - die
Gussvorsprünge,
die den Einspritzventilsitzen ihre Form geben und die Formstifte, die
der Kern für
die Zerstäuberluft-Kanäle sind – sind im
Detail dargestellt. Der Rest der Form zur Herstellung der Außenfläche von
Krümmer 12, 210, 310 oder 410 (sofern
als Bestandteil des Krümmers
ausgeführt)
oder der Zerstäuberluft-Verteilerrohre 50 (sofern
als eigene Baugruppe und nicht als Bestandteil des Krümmers ausgeführt) ist
in herkömmlicher, einem
Fachmann bekannter Weise gestaltet.
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Die nachstehend beschriebene Anordnung von
Form, Vorsprüngen
und Formstiften kann zur Formung der Einspritzventilsitze und Zerstäuberluft-Kanäle verwendet
werden, und zwar entweder für
den integrierten Krümmer
(am besten in 1 und
den 11 bis 13 zu
erkennen) oder für
das als separate Baugruppe ausgeführte Zerstäuberluft-Verteilerrohr 50 (am
besten in 8 zu erkennen).
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Ein erstes Spritzgießformteil 62 und
ein zweites Spritzgießformteil 64 dienen
gemeinsam der Formgebung der Außenfläche von
Einspritzventilsitzen und Zerstäuberluft-Kanälen. Das
erste Formteil 62 formt einen Teil der Außenfläche an der
Unterseite von Krümmer 12, 210, 310 oder 410 bzw.
des Zerstäuberluft-Verteilerrohrs 50,
sofern es als separate Baugruppe hergestellt wird. Das zweite Formteil 64 formt
einen Teil der Außenfläche an der
Oberseite von Krümmer 12, 210, 310 bzw.
410 oder des Zerstäuberluft-Verteilerrohrs 50,
sofern es als separate Baugruppe hergestellt wird. Das erste Formteil 62 und
das zweite 64 stoßen
aneinander und definieren gemeinsam die Hohlform, die die Außenfläche von Krümmern oder
Kraftstoffverteiler formt. Das zweite Formteil 64 weist
eine Gruppe von Einspritzventilsitz-Vorsprüngen 66 auf, die von
der Innenfläche
der Form in die Hohlform ragen und den oberen Bereich der Einspritzventilsitze
formen.
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Das erste Formteil weist außerdem eine Gruppe
von Vorsprüngen 68 auf,
die auf die Vorsprünge 66 stoßen und
den unteren Bereich der Einspritzventilsitze formen. Die Vorsprünge 66 und 68 definieren
im Wesentlichen die Innenfläche
der Einspritzventilsitze. Die Vorsprünge 66 und 68 sind
vorzugsweise in einer geraden Linie angeordnet und weisen zueinander
parallele Längsachsen auf,
so dass die Einspritzventilsitze im fertigen Krümmer oder Zerstäuberluft-Verteilerrohr
achsparallel ausgerichtet sind.
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Jeder Vorsprung 66 definiert
dadurch einen Kanal 70. Diese Kanäle sind koaxial, wodurch sie eine
durchgehende und hohle zylindrische Öffnung definieren, die durch
alle Vorsprünge 66 verläuft.
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Darüber hinaus ragt ein Vorsprung 72 für den Zerstäuberluft-Anschluss
in die Hohlform, von dem ein Kanal 74 ausgeht, der koaxial
zu den Kanälen 70 ist.
Sie verlaufen durch alle Vorsprünge 66,
die das Innere der Einspritzventilsitze formen. Somit definieren
die durch die Vorsprünge 66 verlaufenden
Kanäle 70 und
der durch den Vorsprung 72 verlaufende Kanal 74 einen
einzelnen, röhrenartigen
Kanal, der durch sämtliche
Vorsprünge 66 und 72 verläuft.
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Die Kanäle 70 und 74 sind
so konstruiert, dass sie die beiden in die Hohlform eingeführten Formstifte 76 und 78 für zwei Zerstäuberluft-Kanäle aufnehmen
und halten. Die Stifte 76 und 78 sind im Querschnitt
vorzugsweise rund und treffen in der Mitte aufeinander. Einer der
Stifte weist eine Aussparung als Nut 80 und der andere
ein passgenaues Gegenstück
als Feder 82 auf, so dass die Formstifte gemeinsam einen
durchgehenden zylindrischen Körper bilden,
wenn sie korrekt in Kontakt sind und ineinander greifen. Nut und
Feder sorgen dafür,
dass die beiden Formstifte während
des Spritzgießprozesses korrekt
ausgerichtet bleiben und dadurch einen durchgehenden Zerstäuberluft-Kanal
formen, der durch alle Einspritzventilsitze verläuft. Die Stifte 76 und 78 definieren
die Innenfläche
des Zerstäuberluft-Kanals,
der zwischen den in 1 bis 13 dargestellten Einspritzventilsitzen
verläuft.
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Wenn ein Krümmer für einen Motor mit zwei Zylinderreihen
gegossen wird, sind zwei Gruppen von Vorsprüngen zur Formung von Einspritzventilsitzen
vorhanden und wie vorstehend beschrieben angeordnet, wobei jede
Gruppe zwei zugehörige
Formstifte zur Formung der Zerstäuberluft-Kanäle aufweist.
Die Anzahl der Vorsprünge
zur Formung von Einspritzventilsitzen variiert je nach Zylinderzahl
des Motors.
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Beim Spritzgießen werden die erste Formhälfte 62 und
die zweite 64 geschlossen, so dass sie eine Hohlform bilden. Diese
Hohlform definiert die Außenfläche eines
Ansaugkrümmers
mit einem integrierten Zerstäuberluft-Kanal und integrierten
Einspritzventilsitzen, alternativ kann das Zerstäuberluft-Verteilerrohr auch
separat hergestellt werden.
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Sobald die Formhälften geschlossen sind, werden
die Stifte 76 und 78 zur Formung der Zerstäuberluft-Kanäle in die
Hohlform eingesetzt und durch die Vorsprünge zur Formung der Einspritzventilsitze geführt, die
vom zweiten Formteil nach innen in die Hohlform ragen. Diese Formstifte
werden durch die Kanäle
der Vorsprünge
geführt,
bis sie zusammentreffen und dabei mit der jeweiligen Nut und der
zugehörigen
Feder ineinander greifen. Wie in 14 dargestellt,
ist zumindest ein Teil der Länge
jedes Formstifts 76 und 78 vollständig von
den Einspritzventilsitzen umgeben, durch die die Stifte verlaufen.
Dadurch besteht eine 360°-Unterstützung der
Formstifte, die das Risiko verringert, dass diese beim Befüllen der Hohlform
von den Vorsprüngen
zur Formung der Sitze weggedrückt
werden. Dies wäre
möglich,
wenn die Stifte nur die Seiten der Vorsprünge zur Formung der Sitze berühren oder
in einer flachen Vertiefung in den Seiten der Vorsprünge angebracht
sind. Dann wird die Form mit einem Material wie Kunststoff (vorzugsweise
mineralienverstärkt)
gefüllt.
Anschließend muss
sie abkühlen.
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Die Formstifte werden danach aus
der Hohlform herausgezogen und die Form wird geöffnet. Sobald die Hohlform
geöffnet
ist, können
der Krümmer oder
das Zerstäuberluft-Verteilerrohr
herausgenommen und der Zerstäuberluft-Anschluss
gebohrt oder gefräst
werden, sofern er nicht mitgegossen wurde. Die beiden durch die
Formstifte definierten offenen Enden werden dann verschlossen, damit
während des
Betriebs keine Zerstäuberluft
entweichen kann.
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Die Krümmer und Zerstäuberluft-Verteilerrohre
werden vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt, am besten aus mineralfaserverstärktem Kunststoff,
damit sie unter den extremen Temperaturbedingungen, die bei modernen
Verbrennungsmotoren unter der Motorhaube bestehen, formstabil bleiben. Herkömmliche
Ansaugkrümmer
werden aus Leichtmetallen wie Aluminium- oder Magnesiumlegierungen
hergestellt, die auch für
den hier beschriebenen Anwendungszweck geeignet wären. Aufgrund
ihres Gewichts ist ihnen allerdings nicht der Vorzug zu geben.
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Die flexiblen Dichtungen, die in
der vorliegenden Patentschrift als O-Ringe dargestellt sind, können je
nach gewünschtem
Grad der Abdichtung auch Dichtringe mit rechteckigem oder ovalem
Querschnitt oder mit Dichtlippe sein.
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Somit ist deutlich geworden, dass
mit der vorliegenden Erfindung eine Mittenzuführung der Luft für druckluftunterstützte Einspritzventile
(Air Assist-System)
entwickelt wurde, die den oben genannten Zielen und Vorteilen vollkommen
entspricht. [handschriftlich: zwei Sätze gestrichen]