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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffverteilungsvorrichtung
für die
Versorgung der Zylinder einer Brennkraftmaschine, genauer eines
Direkteinspritzmotors und noch genauer eines Motors, der unter verhältnismäßig hohem
Druck gespeist wird.
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Die
Erfindung betrifft vor allem eine neue Ausführungsform einer solchen Vorrichtung,
die bei niedrigen Gestehungskosten einfach herzustellen und leicht
einzubauen ist.
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Herkömmlicherweise
besitzt der Kraftstoffverteiler in einer Brennkraftmaschine mit
Direkteinspritzung einen länglichen
Körper
mit der Grundform eines Rohrs, der durch ein axiales Ende mit dem Auslass
einer Kraftstoffpumpe verbunden ist und mehrere, über seine
Länge angeordnete
ausgangsseitige Anschlussstellen aufweist, die durch vorspringende
Augen geschützt
angeordnet sind. Diese ausgangsseitigen Anschlussstellen sind mit
verschiedenen Einspritzeinrichtungen verbunden. Weitere Anschlussstellen
sind eventuell für
eine Verbindung mit Druck- und/oder Temperaturfühlern, einem Dämpfer oder
einem Regler vorgesehen. Der rohrförmige, längliche Körper ist schwer herzustellen.
Es muss ein schweres Blockgussstück
hergestellt werden, das in jeder Weise nachbearbeitet werden muss.
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Ein
solcher rohrförmiger,
länglicher
Körper weist
außerdem
mehrere Verankerungsstützen-
oder -auflagen für
seine Befestigung am Zylinderkopf auf. Die Form eines solchen Verteilers
an sich und die Notwendigkeit, diesen an mehreren Punkten befestigen
zu müssen,
zwingen praktisch dazu, für
jeden Motortyp ein spezifisches Modell zu definieren.
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Anderseits
beschreibt die europäische
Patentanmeldung Nr. 0 427 977 einen Verteiler, der einen länglichen
Hohlraum geringer Länge
aufweist, der auf einen Sockel montiert ist, der einen Druck- und/oder
Temperaturfühler
enthält.
Die Zugänge
zu dem Hohlraum, die insbesondere den mit der Pumpe verbundenen
Einlass und die mit den Einspritzeinrichtungen verbundenen Auslässe umfassen,
sind an einem Ende des Körpers
zusammengefasst. Diese Zugänge
stehen über
Bohrungen mit dem Hohlraum in Verbindung. Die meisten dieser Bohrungen
sind schräg
ausgeführt
und münden
in den oberen Teil des Hohlraums. Ein solcher Verteiler ist nur
schwer und kostenaufwändig
herzustellen. Die Dicke der Wände des
Körpers
ist verhältnismäßig groß, und das
Teil ist schwer.
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Die
Erfindung schlägt
einen neuartigen Typ einer Kraftstoffverteilungsvorrichtung vor,
der in Großserie
bei relativ niedrigen Gestehungskosten einfach herzustellen ist.
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Eine
der Aufgaben der Erfindung ist es, einen Verteiler mit reduziertem
Platzbedarf und reduziertem Gewicht vorzuschlagen, der hohe Drücke besonders
gut aushält.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen solchen Verteiler vorzuschlagen,
der eine große Anzahl
von Einlässen
für Verbindungen
mit verschiedenen Zylindern und Sensoren des Motors aufweisen kann,
die an zahlreichen Orten der Körpers
angeordnet sein können.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verteiler vorzuschlagen,
dessen Hohlraum ein besonders kleines Volumen besitzt und der dennoch geeignet
ist, einen Motor mit einem großen
Hubraum zu versorgen, wenn im Übrigen
alles gleich bleibt.
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Genauer
bezieht sich die Erfindung auf eine Kraftstoffverteilungsvorrichtung
für die
Versorgung der Zylinder einer Brennkraftmaschine des Typs, der einen
Hohlkörper
umfasst, in dessen Wand Einlässe ausgebildet
sind, die dazu bestimmt sind, insbesondere mit einer mit Druck beaufschlagten
Kraftstoffversorgungsquelle und mit mehreren Einspritzeinrichtungen
für die
Versorgung der Zylinder verbunden zu werden, wobei der Hohlkörper einen
Teil eines Hohlraums sowie eine Bohrung umfasst, in der eine Verschlussanordnung
in Eingriff ist, die einen Teil der Innenfläche des Hohlraums bildet und
sich zwischen dem Hohlraumteil und einer Öffnung des Körpers erstreckt,
dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum wenigstens angenähert sphärisch ist
oder ein längliches
Profil hat, dass die Bohrung eine Schulter aufweist, die sich im
Wesentlichen radial zwischen dem Hohlraumteil und der Öffnung des
Körpers
erstreckt und ein erstes inneres Teilstück, das mit dem Hohlraumteil
in Verbindung steht, und ein zweites äußeres Teilstück, das
ein Gewinde aufweist, die durch eine Schulter getrennt sind, umfasst,
und dass die Verschlussanordnung der Bohrung einen inneren Teil,
der in dem ersten Teilstück
in Eingriff ist und den Teil der Innenfläche des Hohlraums bildet, und
einen Gewindeteil, der in das zweite Teilstück geschraubt ist, umfasst.
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Der
Hohlraum kann sphärisch
oder im Wesentlichen sphärisch
sein oder ein mehr längliches Profil
besitzen.
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Der
innere Teil der Verschlussanordnung kann eine Kehle aufweisen, die
den Hohlraum ergänzt.
Zwischen die Verschlussanordnung und die Bohrung kann eine Dichtung
eingefügt
sein.
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Die
sphärische
oder praktisch sphärische Form
des Hohlraums ist insofern vorteilhaft, dass alle Einlässe mittels
Bohrungen, deren innere Endabschnitte sich wenigstens teilweise
radial erstrecken, mit dem Hohlraum kommunizieren können. Dies
ermöglicht
das Anordnen der Einlässe
an beliebigen Orten des Körpers
um den sphärischen
oder praktisch sphärischen
Hohlraum.
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Vor
allem ermöglicht
die Schraubmontage zwischen dem Hohlkörper und der Verschlussanordnung
trotz eines erstaunlich hohen Druckhaltevermögens eine sehr starke Reduktion
der Herstellungskosten.
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Gemäß mehreren
möglichen
Ausführungsformen
ist der innere Teil der Verschlussanordnung von dem Gewindeteil
getrennt. Dieser innere Teil kann eine erste Schulter aufweisen,
die mit jener der Bohrung zusammenwirkt, wobei in diesem Fall die zwischen
dem Körper
und dem inneren Teil angebrachte Dichtung keine Gefahr läuft, zum
Zeitpunkt des Einschraubens des Gewindeteils beschädigt zu werden.
Diese Schulter wird im Folgenden als "erste Schulter" bezeichnet.
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Die
Dichtung kann sich in einer ringförmigen Nut, die in einem zylindrischen
Abschnitt des inneren Teils ausgespart ist, befinden. Diese Dichtung
kann außerdem
zwischen zwei Schultern, darunter jene der Bohrung, zusammengedrückt werden.
Eventuell kann die Schulter der Bohrung angefast sein, um so einen
ringförmigen
Raum zu schaffen, der eine Dichtung passender Form aufnehmen kann.
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Es
kann auch eine Dichtung vorgesehen sein, die wenigstens annähernd flach
ist und zwischen die Schulter der Bohrung und der ersten Schulter
des inneren Teils eingefügt
ist. Wie zuvor kann die Schulter der abgesetzten Bohrung angefast sein,
um mit der ersten Schulter des inneren Teils einen erweiterten ringförmigen Raum
zu definieren. In diesem Fall umfasst die verhältnismäßig flache Dichtung in der
Umgebung ihres inneren Randes eine ringförmige Verdickung, die den erweiterten
ringförmigen
Raum belegen kann.
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In
bestimmten Fällen
sind der innere Teil der Verschlussanordnung und der mit Gewinde
versehene Teil einteilig ausgebildet.
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Schließlich kann
gemäß einem
weiteren vorteilhaften Merkmal das Volumen des Hohlraums verhältnismäßig klein
unter Berücksichtung
des Hubraums des zu versorgenden Motors sein. Beispielsweise kann
das Volumen des Hohlraums bei einem 2,5-1-Sechszylindermotor, der
bei einem Druck in der Größenordnung
von 1500 bar durch Direkteinspritzung versorgt wird, auf 30 cm3 gebracht werden.
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Die
Erfindung wird verständlicher
und weitere Vorteile von ihr werden deutlicher im Licht der folgenden
Beschreibung mehrerer möglicher
Ausführungsformen
einer Kraftstoffverteilungsvorrichtung entsprechend ihrem Prinzip,
die lediglich beispielhalber gegeben wird und mit Bezug auf die
beigefügte Zeichnung
erstellt worden ist, worin:
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1 eine
auseinander gezogene, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftstoffverteilungsvorrichtung
ist;
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2 eine
Ansicht der gleichen Vorrichtung, jedoch zusammengesetzt und in
einem Schnitt durch den Durchmesser des Hohlraums gezeigt, ist;
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3 eine
Detailansicht der Einrahmung III von 2 in einem
größeren Maßstab ist;
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4 eine 3 vergleichbare
Detailansicht ist, die eine Variante der Dichtung der Vorrichtung
nach den 1 und 2 zeigt;
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5 eine 2 vergleichbare
Ansicht ist, die eine Variante zeigt;
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6 eine
Detailansicht der Einrahmung VI von 5 in einem
größeren Maßstab ist;
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7 eine 6 vergleichbare
Ansicht ist, die eine Variante zeigt;
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8 eine 5 vergleichbare
Ansicht ist, die eine weitere Variante zeigt;
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9 eine
Detailansicht der Einrahmung IX von 8 in einem
größeren Maßstab ist;
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10 eine 5 vergleichbare
Ansicht ist, die eine weitere Variante zeigt;
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11 eine
Detailansicht der Einrahmung XI von 10 in
einem größeren Maßstab ist;
und
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12 eine
Schnittansicht einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
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In
den 1 bis 3 ist eine Kraftstoffverteilungsvorrichtung 11 zur
Versorgung der Zylinder einer Brennkraftmaschine, beispielsweise
eines Dieselmotors oder eines Benzinmotors, mit gesteuerter Direkteinspritzung
unter einem verhältnismäßig hohen
Druck gezeigt.
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Bei
einem solchen Motortyp, nicht gezeigt, wird der Kraftstoff durch
eine Pumpe unter hohem Druck an die Vorrichtung abgegeben und an
durch Elektroventile gesteuerte Einspritzeinrichtungen verteilt.
Die aufgebotenen Drücke
liegen im Bereich von 100 bis 150 bar bei einem Benzinmotor und
im Bereich von 1400 bis 2000 bar bei einem Dieselmotor. Die Verteilungsvorrichtung
umfasst im Wesentlichen einen Hohlkörper 12, in dessen
Wand Einlässe 14 ausgebildet
sind, die dazu bestimmt sind, insbesondere mit einer mit Druck beaufschlagten
Kraftstoffversorgungsquelle (der Pumpe) und mit mehreren Einspritzeinrichtungen
für die
jeweilige Versorgung der Zylinder des Motors verbunden zu werden.
In dem gezeigten Beispiel sind die verschiedenen Einlässe nicht
differenziert. Sie sind in einem vollwandigen Kranz 16 ausgebildet,
der eventuell durch Gießen, Schmieden
oder eine andere Technik einteilig mit dem Hohlkörper ausgebildet worden ist.
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Weitere
vergleichbare Einlässe
können
dem Anschluss von Steuermitteln wie etwa einem Regler und/oder einem
Dämpfer
und/oder einer Druckanschlussstelle vorbehalten sein. Der Hohlkörper umfasst
einen Teil 18 eines Hohlraums 17, der im Wesentlichen
sphärisch
ist. Dieser in dem Hohlkörper ausgebildete
Hohlraumteil ist hier wesentlich größer als eine Halbkugel. Im
Allgemeinen muss er wenigstens die Hälfte des Hohlraums und im Fall
eines streng sphärischen
Hohlraums wenigstens eine Halbkugel ausmachen. Die Medianebene des
vollwandigen Kranzes 16, in dem die Einlässe ausgebildet
sind, fällt
mit einer Äquatorialebene
des sphärischen
Hohlraums 17 zusammen. Wenn der Hohlraum eine nicht streng
sphärische
Grundform, sondern beispielsweise ein mehr längliches Profil besitzt, könnte die
Medianebene des vollwandigen Kranzes 16 mit der transversalen
Symmetrieebene des Hohlraums zusammenfallen. Jedoch können, falls
erforderlich, weitere Einlässe
an anderen Orten um den gesamten Hohlkörper angebracht sein. Jeder
Einlass 14 weist innen ein Loch 19 mit einem kleinen
Querschnitt und einer im Wesentlichen radialen Orientierung sowie
ein Gewindeloch 20 mit einem größeren Durchmesser auf, das
sich nach außen öffnet, hier am
Kranz 16 angeordnet ist und an das Loch mit einem kleinen
Querschnitt anschließt.
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Vorteilhaft
erstreckt sich jedes Loch 19 mit einem kleinen Querschnitt
senkrecht in Bezug auf die Außenfläche 16a des
Kranzes, d. h. radial in Bezug auf den Hohlraum 17, wenn
dieser sphärisch
ist.
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Der
Hohlkörper
umfasst außerdem
eine mit einer Schulter versehene oder abgesetzte Bohrung 22,
die sich im Wesentlichen radial zwischen dem Hohlraumteil 16 und
einer Öffnung 24 des
Hohlkörpers
erstreckt. Diese Bohrung umfasst ein erstes inneres Teilstück 28,
das mit dem in dem Körper
definierten Hohlraumteil 17 in Verbindung steht, und ein zweites äußeres Teilstück 29,
das ein Gewinde aufweist, die durch eine Schulter 26 getrennt
sind. Die Vorrichtung wird vervollständigt durch eine Verschlussanordnung 30 dieser
abgesetzten Bohrung 22. Diese Verschlussanordnung setzt
sich aus einem inneren Teil 32, der in dem ersten Teilstück in Eingriff ist
und dessen eine Stirnfläche
eine Kehle 34 aufweist, die den Hohlraum ergänzt, d.
h. an den in dem Körper
definierten Hohlraumteil 16 anschließt, und einem Gewindeteil 36,
der in das zweite Teilstück 29 eingeschraubt
ist, zusammen. Wenigstens eine Dichtung 40 ist zwischen
die Verschlussanordnung 30 und die Bohrung 22 eingefügt.
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In
dem Beispiel aus den 1 bis 3 sind der
innere Teil und der Gewindeteil der Verschlussanordnung 30 einteilig
ausgebildet. Die Dichtung 40 ist hier eine wenigstens verhältnismäßig flache
Dichtung, die zwischen die Schulter 26 der Bohrung und eine
Schulter 42 dieses Teils, das hier zwischen dem inneren
Teil 32 und dem Gewindeteil 36 definiert ist, eingefügt ist.
Diese Schulter 42 wird als "erste Schulter" bezeichnet.
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In
der Variante nach 4 ist der Innenrand der Schulter
der in dem Körper ausgebildeten
abgesetzten Bohrung 22 angefast (Fase 45), um
mit dem einzelnen Teil, das aus dem inneren Teil 32 und
dem Gewindeteil 36 zusammengesetzt ist, einen erweiterten
ringförmigen
Raum zu definieren. Die wenigstens verhältnismäßig flache Dichtung umfasst
indessen in der Umgebung ihres inneren Randes eine ringförmige Verdickung,
die diesen erweiterten ringförmigen Raum
belegen kann.
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Wie
aus 4 hervorgeht, wird eine Dichtheit über fünf aufeinander
folgende Flächen
erhalten.
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In
allen anderen Ausführungsformen,
die nachstehend beschrieben werden, ist der innere Teil 32 von
dem Gewindeteil 36 getrennt. Jedoch ist klar, dass die
oben beschriebenen flachen oder verhältnismäßig flachen Dichtungen bei
den Ausführungsformen
nach den 5 bis 9 verwendet
werden können,
wohingegen alle anderen Dichtungen, die weiter unten beschrieben
werden, auch bei der Ausführungsform
nach den 1 bis 3 verwendet werden
können.
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In
den 5 und 6 ist zu erkennen, dass der
untere Teil 32 eine erste Schulter 42 umfasst,
die mit jener der Bohrung (Schulter 26) zusammenwirkt.
In einer ringförmigen
Nut 49, die an einem zylindrischen Abschnitt des inneren
Teils ausgebildet ist, befindet sich eine Wulstdichtung 48.
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Nach 7 kann
darüber
hinaus eine vergleichbare ringförmige
Nut 49a einen Antiextrusionsring 50, der an die
Dichtung 48 angrenzt, aufnehmen.
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In
der Ausführungsform
nach den 8 und 9 umfasst
das erste Teilstück
der abgesetzten Schulter (d. h. das Teilstück ohne Gewinde) eine weitere
Schulter 52, die mit einer zweiten Schulter 54 des
inneren Teils 32 zusammenwirkt. Wenigstens eine Dichtung 48 ist
zwischen die erste Schulter 42 und die weitere Schulter 52 eingeklemmt.
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In
dem gezeigten Beispiel, wie in 9 genau
zu erkennen ist, ist ein Antiextrusionsring 50 an die Dichtung 48 angefügt, wobei
die Gesamtheit zwischen zwei Schultern eingeklemmt ist.
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In
der Ausführungsform
nach den 10 und 11 ist
der innere Teil 32 noch immer von dem Gewindeteil 36 getrennt,
wobei der Innenrand der Schulter der abgesetzten Bohrung angefast
ist (Fase 45a), um mit dem inneren Teil 32, insbe sondere
seiner (zuvor als erste Schulter bezeichneten) Schulter 42,
und einer Dichtung 56 einen erweiterten, hier kegelstumpfförmigen,
Raum zu definieren, wobei die Dichtung 56 eine solche Form
(Ringdichtung mit einem dreieckigen Querschnitt) aufweist, dass
sie diesen kegelstumpfförmigen
Raum belegen kann.
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In
allen Ausführungsformen,
die soeben beschrieben worden sind, weist die Außenfläche des zweiten Teilstücks eine
Vertiefung 58 auf, die ein Schraubwerkzeug aufnehmen kann.
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In
den beschriebenen Beispielen handelt es sich um eine Vertiefung,
die ein Sechskantloch bildet. Es können auch weitere äquivalente
Formen in Betracht gezogen werden.
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Es
sei angemerkt, dass sich die Schraubverbindung zwischen dem Körper und
der Verschlussanordnung hinsichtlich der Gestehungskosten einer solchen
Vorrichtung als vorteilhaft erweist. Überaschenderweise erweist sich
die Festigkeit eines solchen Aufbaus gegenüber dem Innendruck als außergewöhnlich.
Versuche konnten zeigen, dass eine solche Vorrichtung Innendrücke von
mehr als dem Doppelten des maximalen Drucks, der zur Versorgung
eines Dieselmotors mit Direkteinspritzung unter hohem Druck erforderlich
ist, zulassen kann.
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Außerdem hat
die Entwicklung der Vorrichtung ergeben, dass das Volumen des Hohlraums weitaus
kleiner als jenes sein könnte,
das gewöhnlich praktiziert
wird und zudem auf Grund der länglichen Rohrform
der herkömmlichen
Zufuhrvorrichtungen erforderlich ist. Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass
das kleinere Volumen des Hohlraums (das für einen guten dichten Verschluss
der Verschlussanordnung günstig
ist) bis weit über
die üblichen
Werte hinaus reduziert werden könnte,
ohne die Verteilung zu beeinträchtigen.
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In
der Ausführungsform,
deren Beschreibung folgt, sind die Bauelemente, die jenen der vorhergehenden
Ausführungsformen
gleichen, mit demselben Bezugszeichen, jedoch mit einem a als Index, bezeichnet.
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12 zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei
der der Hohlraum 17a eine etwas andere Form besitzt. Die
Form ist anstatt sphärisch
annähernd oval
oder besitzt ein mehr längliches
Profil; sie weist dennoch eine Symmetrieachse y-y auf, die auch
jene der abgesetzten Schulter 22a ist. Genauer umfasst der
in dem Hohlkör per 12a definierte
Teil des Hohlraums gemäß dieser
Ausführungsform
einen im Wesentlichen sphärischen
Endabschnitt, der durch einen zylindrischen Abschnitt 71 (beispielsweise
mit einer Länge
im Bereich von 12 bis 20 mm), in den die Einlässe 14a münden, verlängert ist.
Dieser zylindrische Abschnitt ist seinerseits durch einen Sattel
oder Hals 72 weitergeführt,
dessen Querschnitt nach außen
allmählich
abnimmt. Dieser Sattel ist durch die abgesetzte Schulter weitergeführt, deren
inneres Teilstück
einen zylindrischen Abschnitt 73 und danach einen kegelstumpfförmigen Bereich 74 umfasst, der
sich zur Schulter erweitert. Der kegelstumpfförmige Bereich 74 endet
in der Ebene der Schulter 26a.
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In
einer den Ausführungsformen
nach den 5 und 8 sowie 9 vergleichbaren
Weise umfasst die Verschlussanordnung 30a zwei getrennte
Teile. Der Hohlraum ist durch einen inneren Teil 32a, der
in dem ersten Teilstück
in Eingriff ist, verschlossen; er bildet einen Teil der Innenfläche des Hohlraums 17a.
Dieser innere Teil wird durch einen Gewindeteil 36a, der
in das zweite Teilstück 29a geschraubt
ist und dazu ein Gewinde aufweist, gehalten.
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In
dieser Ausführungsform
besitzt der untere Teil der Verschlussanordnung die Grundform einer verhältnismäßig dicken
Scheibe, die mit einem kegelstumpfförmigen Umfangsabschnitt 97 versehen
ist, der sich an dem oben definierten kegelstumpfförmigen Bereich
abstützt.
Der Gewindeteil weist eine Kehle auf, in die sich der innere Teil 32a,
der eine Art Verschluss mit konischer Auflagefläche bildet, einfügt.
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Die
Dichtheit ist durch den Presskontakt der kegelstumpfförmigen Oberflächen 74 und 79 sichergestellt.
Jedoch kann zwischen die in dem Körper 12a ausgebildete
Schulter 26a und die Stirnseite des Gewindeteils 36a eine
zusätzliche,
verhältnismäßig kompressible
(nicht gezeigte) Dichtung geschoben sein.
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Die
Einlasse 14a sind hier jeweils in den vollwandigen Verlängerungen
des Körpers
definiert, wobei diese Verlängerungen
Anschlussstücke 80 bilden.
Jeder Einlass weist ein Loch 19a mit einem kleinen Querschnitt
auf, das in eine im Wesentlichen äquatoriale Ebene des Hohlraums
(senkrecht zur Achse y-y) mündet.
Er führt über eine
konische Mündung 81 nach
außen,
wobei das Ansatzstück 80 in seinem
Endabschnitt ein Außengewinde 84 aufweist.
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In 13 ist eines der Ansatzstücke, das
mit einem Druckfühler 82 versehen
ist, gezeigt. Das Außengewinde
kann sich als vorteilhaft erweisen.
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Tatsächlich besteht
keine Gefahr, dass sich kleine metallische Teilchen, die beim Festziehen
der Verbindung der Leitung herausgerissen werden, bei der Inbetriebnahme
des Verteilers in Richtung des Zufuhrsystems mitgezogen werden.