DE60214651T2

DE60214651T2 - Verfahren zur Ausbildung eines Kraftstoffverteilers

Info

Publication number: DE60214651T2
Application number: DE60214651T
Authority: DE
Inventors: Randall F. Fenton Alder; Nicholas O. Rochester Hills Kaltsounis; Donald B. Auburn Hills Ford
Original assignee: Millennium Ind Angola LLC
Current assignee: Millennium Ind Angola LLC
Priority date: 2001-12-10
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2007-09-13
Anticipated expiration: 2022-10-26
Also published as: DE60214651D1; MXPA02012196A; ATE339611T1; EP1318292A2; EP1318292B1; EP1318292A3; US6651327B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Ausbilden von Kraftstoffverteilern und, genauer gesagt, das Ausbilden von Kraftstoffverteilern unter Verwendung eines Hydroformprozesses.
Kraftfahrzeuge verwenden heutzutage typischerweise Kraftstoffeinspritzdüsen bzw. Kraftstoffeinspritzventile zum Zuführen von Kraftstoff zu einer Brennkraftmaschine. Insbesondere gibt es einige Brennkraftmaschinen, die mit direkter Kraftstoffeinspritzung arbeiten. In einem Kraftstoffsystem für eine Brennkraftmaschine mit direkter Einspritzung wird der Kraftstoff unter hohem Druck zu den Verbrennungskammern (Zylindern) transferiert, um den Druck innerhalb der Verbrennungskammern zu überwinden. Ein typischer Hochdruck-Kraftstoffverteiler enthält eine hohle Durchführung mit einer Vielzahl von U-förmigen Blöcken, die daran vorgesehen sind. Jeder der Blöcke hat eine ausgenommene Kraftstoffeinspritzöffnung darin ausgebildet, um einen Teilabschnitt einer Kraftstoffeinspritzdüse aufzunehmen, und enthält auch typischerweise ein Montageelement, so dass der Block auch als Montageklammer funktioniert. Diese Kraftstoffverteileranordnungen sind im Allgemeinen durch Ausbilden einer Vielzahl von Kraftstofföffnungen in der Durchführung, darauf folgendes Hartlöten oder ein anderes sicheres Befestigen jedes der Blöcke um eine jeweilige der Öffnungen hergestellt worden. Obwohl er effektiv ist, ist dieser Prozess etwas zeitaufwändig und ineffizient. Weiterhin ist es erwünscht, die Sorgen über ein Verziehen von Kraftstoffverteilern während des Hartlötprozesses zu vermeiden, um das Erfordernis einer Bearbeitung nach einem Hartlöten zu vermeiden. Zusätzlich ist es erwünscht, die Möglichkeit eines Erzeugens eines Abflusspfads für den Kraftstoff an den Hartlötstellen zu reduzieren.
Somit ist es vorteilhaft, eine Kraftstoffverteileranordnung und ein Verfahren zum Herstellen der Kraftstoffverteileranordnung zu haben, die die Nachteile des Standes der Technik überwinden.
DE 19937444 offenbart einen Kraftstoffverteiler mit daran gelöteten Verbindungselementen, die die Verbindung einer Kraftstoffeinspritzdüse mit dem Kraftstoffverteiler zulassen. Gegensätzlich dazu bezieht sich diese Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffverteileranordnung, wie sie im nachfolgenden Anspruch 1 beansprucht ist.
Die Erfindung könnte auf eine verbesserte Hochdruck-Kraftstoffverteileranordnung zur Verwendung bei Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen angewendet werden.
Die vorliegende Erfindung betrachtet auch eine Kraftstoffeinspritzanordnung, die durch das obige Verfahren ausgebildet ist.
Demgemäß besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Ausbilden einer verbesserten Kraftstoffverteileranordnung unter Verwendung eines Hydroformprozesses.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Kraftstoffverteileranordnung effizienter ausgebildet werden kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass es weniger wahrscheinlich ist, dass die Kraftstoffverteileranordnung nach einem Ausbilden verzogen wird, oder potentielle Kraftstoffleckpfade hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Teilabschnitts einer gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildeten Kraftstoffverteileranordnung;
2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in 1 und zeigt auch ein Schema der Werkzeuge, die gemäß den Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und
3 ist eine Querschnitts-Teilansicht entlang der Linie 3-3 in 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
Die 1–3 stellen eine Kraftstoffverteileranordnung 20 für eine typische Hochdruckkraftstoff-Direkteinspritz-Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) dar. Die Kraftstoffverteileranordnung 20 enthält ein Hauptkraftstoffrohr 22 mit drei beabstandeten Kraftstoffeinspritzdüsen/Montage-Blöcken 24 und einem Endzufuhrblock 26, der daran montiert ist. Jeder Block 24, 26 enthält einen Kraftstoffrohrdurchgang 36 zum Aufnehmen der äußeren Oberfläche 38 des Kraftstoffrohrs 22 dort hindurch. Die Einspritzdüsen/Montage-Blöcke 24 enthalten auch Hohlräume, die Kraftstoffeinspritzöffnungen 28 bilden, die geformt sind, um Hochdruckkraftstoffeinspritzdüsen (nicht gezeigt) aufzunehmen. Die drei Kraftstoffeinspritzdüsen/Montage-Blöcke 24 enthalten jeweils eine Montageöffnung 30, die sich durch die Blöcke 24 zum Aufnehmen von Montagebolzen 32 erstrecken, die an die Brennkraftmaschine montieren. Somit wirken diese Blöcke 24 als sowohl Stützen für die Kraftstoffeinspritzdüsen selbst als auch der Mechanismus zum Montieren der Kraftstoffverteileranordnung 20 an der Brennkraftmaschine. Der Zufuhrblock 26 enthält einen Hohlraum 29, der eine Querzufuhröffnung für ein Querzufuhrrohr (nicht gezeigt) bildet.
Das fertig gestellte Rohr 20 enthält vier hydro-durchstoßene Öffnungen 34, wobei eine bei jedem der drei Blöcke 24 mit ihrer jeweiligen Einspritzdüsenöffnung 28 ausgerichtet ist und eine am Block 26 zur kommunizierenden Verbindung mit der Querzufuhröffnung 29 dient. Da diese Öffnungen 34 während des Hydroformpro zesses selbst (wie er nachfolgend diskutiert wird) ausgebildet werden, müssen sie vor dem Hydroformprozess nicht im Kraftstoffrohr 22 sein. Die Blöcke 24, 26 werden so hergestellt, dass jeder der Durchgänge 36 einen Durchmesser hat, der nahezu 0,01 bis 0,02 Inches (0,25 bis 0,5 mm) größer als der Anfangsdurchmesser der Außenseitenoberfläche 38 des Kraftstoffrohrs 22 ist. Die Anfangsdifferenz bezüglich der Durchmesser kann in Abhängigkeit von der Größe und der Dicke der Komponenten variieren, und davon, welcher Typ von Dichtung, wenn es eine gibt, verwendet wird, wie es für die bestimmte Kraftstoffverteileranordnung erwünscht ist, die ausgebildet wird.
Es gibt Dichtungen 40 zwischen der äußeren Oberfläche 38 des Kraftstoffrohrs und den Kraftstoffrohrdurchgängen 36. Diese Dichtungen 40 sind nötig, weil die Kraftstoffverteileranordnung 20 unter verschiedenen Umgebungsbedingungen einen Kraftstoff hohen Drucks ohne Leckage halten muss, wenn er zur Brennkraftmaschine fließt. Der Vorteil davon, dass man diese Dichtungen 40 hat, besteht dann im Verbessern der Abdichteigenschaften durch Reduzieren der Möglichkeiten für einen Leckagepfad zwischen der Rohr-Außenoberfläche 38 und dem Durchgang 36.
Die relative Dicke der Dichtungen 40 ist der Klarheit beim Beschreiben der Erfindung halber übertrieben gezeigt. Die tatsächliche Dicke der Dichtungen hängt unter anderen Faktoren, wie es nachfolgend diskutiert wird, vom bestimmten Typ einer verwendeten Dichtung ab, ist aber allgemein in der Größenordnung von 0,2 mm oder darunter.
Die Dichtungen 40 können ein Klebemittel, ein Dichtungsmittel und/oder Metall, Gummi oder Plastik sein. Wenn die Dichtung 40 aus einem Dichtungsmittel hergestellt ist, dann besteht das bevorzugte Verfahren im Überziehen der Kraftstoffrohr-Außenseitenoberfläche 38 vor einem Installieren der Blöcke 24, 26 wenigstens bei den Stellen im Voraus, wo die Rohröffnungen 34 ausgebildet werden. Das bevorzugte Dichtungsmittel ist ein im Voraus aufgetragenes Dichtungsmittel, was eine Anwendung ist, wo ein flüssiges Medium winzige Kapseln von Dichtungsmittel suspendiert bzw. auflöst. Dieses im Voraus aufgetragene Dichtungsmittel wird auf die Kraftstoffrohroberfläche 38 an den geeigneten Stellen aufgetragen, und es wird zugelassen, dass es trocknet. Dann wird der hohe Druck während des Hydro formprozesses veranlassen, dass die Kapseln zerbrechen, und das Dichtungsmittel wird zu den Oberflächen fließen und sich an diese binden.
Wenn die Dichtung 40 aus einem Klebemittel hergestellt ist, dann ist es bevorzugt, die Rohr-Außenseitenoberfläche 38 an den Stellen der Öffnung 34 mit einem im Voraus aufgetragenen Klebemittel im Voraus zu überziehen. Diese Klebemittel enthalten winzige Kunstharz-Kapseln und Härtungsmittel-Kapseln, die in einem flüssigen Medium aufgelöst werden. Das flüssige Medium wird auf die Rohroberfläche 38 aufgetragen, wo eine Öffnung 38 ausgebildet werden wird, und es wird zugelassen, dass es trocknet. Während des Hydroformprozesses wird der hohe Druck zwischen der Rohr-Außenseitenoberfläche 38 und den Kraftstoffrohrdurchgängen 36 veranlassen, dass die Kapseln, die das Harz enthalten, und die Kapseln, die das Härtungsmittel enthalten, zerbrechen, was zulässt, dass das Härtungsmittel & das Harz sich mischen, um dadurch eine dichte Klebemitteldichtung auszubilden.
Anstelle von oder zusätzlich zu dem Dichtungsmittel oder dem Klebemittel kann jede Dichtung 40 einen kleinen Streifen oder eine Beschichtung von Material enthalten, die in Sandwichbauweise zwischen jedem Kraftstoffrohrdurchgang 36 und dem entsprechenden Teilabschnitt der Rohr-Außenseitenoberfläche 38 angeordnet ist. Das Dichtungsmittel oder Klebemittel kann auf einer oder beiden Seiten des Materials platziert sein, wie es für die bestimmte Anwendung erwünscht ist.
Dieses Material kann flexibles Gummi oder Plastik sein. Es kann auch ein biegsames Metall, wie beispielsweise Kupfer, sein. Dieses biegsame Metall kann unter Verwendung von herkömmlichen Prozessen zum Beschichten von Metallen auf Objekten auf der Oberfläche des Kraftstoffrohrs aufgetragen werden, wie beispielsweise durch ein Plattieren oder ein schnelles Aufdampfen, und kann lokal oder entlang dem gesamten Rohr aufgetragen werden. Bei der Alternative kann Weichmetall die Form von sehr dünnen, wie beispielsweise mit einer Dicke von 0,005 Inches (0,13 mm), rohrförmigen Hülsen annehmen, die jeweils zwischen der Kraftstoffrohr-Außenseitenoberfläche 38 und einem entsprechenden Kraftstoffrohrdurchgang 36 verschoben werden. Das biegsame Metall kann auch ein sehr dünner Streifen eines Beilagenmaterials sein, der um das Kraftstoffrohr 22 mit einer geringen Überlagerung der Enden der Beilage, um eine vollständige Dichtung sicherzustellen, gewickelt wird.
2 stellt schematisch die Kraftstoffverteileranordnung 20 nach einer Ausbildung dar, aber während sie noch in einer Hydroformwerkzeuganordnung 44 montiert ist. Diese Anordnung 44 kann ein erstes Endwerkwerkzeug 46 zum Abdichten von einem Ende des Rohrs 22 und ein zweites Endwerkzeug 48 zum Abdichten des anderen Endes des Rohrs 22 und zum Bereitstellen einer Durchführung zum Zuführen des Fluids hohen Drucks in das Rohr 22 während des Hydroformprozesses enthalten. Diese Anordnung 44 kann auch zwei Seitenwerkzeuge 50 zum Umgeben und Steuern der Expansion des Rohrs 22 enthalten. Die zwei Seitenwerkzeuge 50 enthalten jeweils Durchstechstifte 52, die radial nach innen auf Hydraulikkolben (nicht gezeigt) übertragen, zum Erzeugen der hydro-durchstochenen Öffnungen im Kraftstoffrohr 22 während des Hydroformprozesses. Die bestimmte Anzahl und Konfiguration von Hydroformwerkzeugen kann variieren, wie es erwünscht ist, und somit dient die gezeigte Werkzeuganordnung 44 nur zu illustrativen Zwecken.
Nun wird der Hydroformprozess für die Kraftstoffverteileranordnung 20 beschrieben werden. Die Dichtungen 40 werden an der Rohr-Außenseitenoberfläche 38 montiert oder ausgebildet. Jeder der Blöcke 24, 26 wird dann auf das Kraftstoffrohr 22 geladen. Die Anordnung 20 wird in der Hydroformwerkzeuganordnung 44 platziert, wobei jeder der Teile bei der erwünschten Stelle und mit der erwünschten Ausrichtung ist, und die Werkzeuganordnung wird geschlossen.
Nun findet die Hydroformung statt. Unter Druck gesetztes Fluid (wie beispielsweise Wasser) wird durch das zweite Endwerkzeug 48 zum Inneren des Kraftstoffrohrs 22 zugeführt. Um dies zu erreichen gelangt ein herkömmlicher Endzufuhrzylinder (nicht gezeigt) auf wohlbekannte Weise dichtend in Eingriff mit dem zweiten Endwerkzeug 48. Der Druck des Fluids innerhalb des Rohrs 22 wird auf wohlbekannte Weise auf eine solche Größe erhöht, dass das Kraftstoffrohr 22 gemäß dem Werkzeughohlraum, der durch die Werkzeuganordnung 44 definiert ist, nach außen und gegen die Kraftstoffrohrdurchgänge 36 expandiert wird, was die Blöcke 24, 26 vor Ort staucht. Als Ergebnis wird das Kraftstoffrohr 22 in die erwünschte Endform verformt. Man wird bemerken, dass das Ausmaß einer Rohrexpansion, das in 2 dargestellt ist, für Visualisierungszwecke übertrieben gezeigt ist.
Wenn ein Dichtmittel oder ein Klebemittel für die Dichtung 40 verwendet wird, wird der Druck die Kapseln zerbrechen. Wenn ein biegsames Metall für die Dichtung 40 verwendet wird, dann wird der Druck das Metall verformen, was eine dichte Dichtung bildet. Gleichzeitig werden die Öffnungen 34 durch die Dichtungen 40 und das Rohr 22 innerhalb jedes der Blöcke 24, 26 durchstoßen, um eine Fluidkommunikation mit den zugehörigen ausgenommenen Kraftstoffeinspritzdüsenöffnungen 28 und dem Querzufuhrrohr 29 zur Verfügung zu stellen. Die Kraftstoffverteileranordnung kann dann von den Hydroformwerkzeugen entfernt werden und der Teil ist im Wesentlichen fertig, außer in Bezug auf eine herkömmliche Nachverarbeitung, wie beispielsweise ein Einstecken einer Endkappe (nicht gezeigt) in ein offenes Ende des Kraftstoffverteilers auf herkömmliche Weise.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel drei Kraftstoffeinspritzdüsenblöcke 24 zeigt, die beispielsweise als eine Seite einer Kraftstoffverteileranordnung in einer V-6-Brennkraftmaschine verwendet werden können, sind auch Kraftstoffverteiler mit anderen Anzahlen von Kraftstoffeinspritzdüsen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung. Die Kraftstoffverteileranordnung des bestimmten Ausführungsbeispiels enthält drei Hauptblöcke und einen Endblock, obwohl in Abhängigkeit von der Konfiguration der Brennkraftmaschine und der Kraftstoffeinspritzdüse verschiedene Anzahlen von Blöcken verwendet werden können. Ebenso kann man, während die Blöcke 24 sowohl eine Kraftstoffeinspritzdüsenöffnung als auch eine Montageöffnung enthalten, zwei Gruppen von separaten Blöcken, wobei eine Gruppe Kraftstoffeinspritzdüsenöffnungen hat und die andere die Montageöffnungen enthält, verwenden, wenn es so erwünscht ist. Darüber hinaus ist, während das bevorzugte Ausführungsbeispiel einen Hochdruckkraftstoffverteiler für eine Direkteinspritz-Brennkraftmaschine beschreibt, die vorliegende Erfindung auch auf Kraftstoffverteiler für herkömmliche Kraftstoffeinspritz-Brennkraftmaschinen anwendbar.
Während bestimmte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben worden sind, werden diejenigen, die mit dem technischen Gebiet vertraut sind, zu welchem diese Erfindung gehört, verschiedene alternative Aufbauten und Ausführungsbeispiele zum Ausführen der Erfindung erkennen, wie sie durch die folgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Kraftstoffverteileranordnung (20), welches die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen eines hohlen Rohrs (22), welches eine äußere Fläche (38) und eine Mehrzahl von Blöcken (24, 26) hat, wobei jeder der Blöcke (24, 26) einen durch denselben gebildeten Durchgang (36) und eine ausgenommene Kraftstoffeinspitzöffnung (28) hat; Vorsehen einer Dichtung (40); Anordnen der Dichtung (40) zwischen der äußeren Fläche (38) des Rohrs (22) und wenigstens einem der Durchgänge (36) der Blöcke (24, 26) Einsetzen des Rohrs (22) in die Durchgänge (36) in den Blöcken (24, 26); Anordnen des Rohrs (22) und der Blöcke (24, 26) in einem Hydroformwerkzeug (44) und Positionieren der Blöcke (24, 26) in den gewünschten Positionen relativ zu dem Rohr (22); Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids in den Innenraum des Rohrs (22), wodurch bewirkt wird, dass sich das Rohr (22) nach außen expandiert und in Zusammenarbeitungseingriff mit den Blöcken (24, 26) kommt; und Durchstechen von Öffnungen (34) durch das Rohr (22) innerhalb der jeweiligen Blöcke (24, 26), um eine kommunizierende Verbindung mit den zugeordneten, ausgenommenen Kraftstoffeinspritzöffnungen (28) herzustellen.
Kraftstoffverteileranordnung (20), welche gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Dichtung (40) das Vorsehen einer Dichtung umfaßt, welche von einem Dichtmittel gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Vorsehen einer Dichtung (40) ferner das Vorsehen einer metallischen Schicht in Kontakt mit dem Dichtmittel umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Dichtung (40) das Vorsehen einer Dichtung umfaßt, die von einem Klebstoff gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Dichtung (40) ferner das Vorsehen einer metallischen Schicht in Kontakt mit dem Klebstoff umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Dichtung (40) das Vorsehen einer aus Kautschuk hergestellten Dichtung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Dichtung (40) das Vorsehen einer aus Kunststoff bestehenden Dichtung umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt zum Vorsehen einer Mehrzahl von Blöcken (24, 26) das Vorsehen einer Mehrzahl von Blöcken (24, 26) umfaßt, von denen wenigstens ein Block (24, 26) eine darin vorgesehene Befestigungsöffnung (30) hat.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ferner den Schritt aufweist, gemäß welchem die Kraftstoffverteileranordnung (20) an einer Brennkraftmaschine befestigt wird, wobei der Befestigungsschritt den Schritt aufweist, gemäß welchem ein Montagebefestigungsmittel (32) durch die Befestigungsöffnung (30) in wenigstens einem der Blöcke (24, 26) und in eine ausgenommene Bohrung der Brennkraftmaschine eingeführt wird.