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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffverteiler gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Kraftstoffverteiler ist Bestandteil einer Kraftstoffversorgung bzw. eines Kraftstoff-Einspritzsystems und dient zum Zuführen von Kraftstoff zu Einspritzventilen eines Verbrennungsmotors. Hierbei wird statisch komprimierter Kraftstoff in einem Druckspeicherrohr gespeichert und verteilt den Injektoren bzw. Einspritzventilen einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
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Bei Kraftstoffverteilern mit geschmiedeten Druckspeicherrohren wird der Grundkörper des Druckspeicherrohrs in der Regel durch Bohren und Drehen bzw. Fräsen bearbeitet. Insbesondere wird die Längsbohrung üblicherweise durch eine Tieflochbohrung hergestellt. Anschlussstutzen bzw. Injektoraufnahmen und Montageelemente, insbesondere Montagestützen zwischen dem Druckspeicherrohr und dem Zylinderblock werden schmiedetechnisch angeformt oder aus dem Grundkörper materialeinheitlich einstückig ausgebildet.
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Durch die
EP 2 998 566 A1 zählt ein Kraftstoffverteiler zum Stand der Technik mit einem geschmiedeten Grundkörper und materialeinheitlich einstückig ausgebildeten Verbindungsstücken mit Flanschabschnitten. Die Flanschabschnitte werden bohrend bearbeitet, um Stützhülsen aufzunehmen.
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Die
EP 3 165 760 A1 offenbart einen Kraftstoffverteiler, bei dem das Druckspeicherrohr einen geschmiedeten Grundkörper besitzt, an welchem materialeinheitlich einstückig stutzenförmige Injektoraufnahmen sowie Montagestützen ausgeformt sind. Das Druckspeicherrohr wird über die Stützen mittels Befestigungsschrauben am Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine festgelegt. Die Stützen weisen an ihrem zylinderkopfseitigen Ende einen Flanschabschnitt mit einem Durchgang zur Durchführung der Befestigungsschraube auf. Oberhalb des nach außen geschlossenen Flanschabschnitts besitzen die Stützen eine sich in ihrer Längsrichtung erstreckende Ausnehmung.
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Zur Herstellung der Ausnehmung in der Montagestütze wird diese spanend bearbeitet. Um eine nahe Anbindung an den Zylinderkopf zu erlangen, wird die Montagestütze in Längsrichtung spanabhebend ausgefräst und es entsteht ein Freiraum für die Montage der Befestigungsschraube. Die Ausnehmung befindet sich im inneren Bereich der Stütze und endet am Flanschabschnitt, so dass eine kurze Befestigungsschraube eingesetzt werden kann. Diese Lösung wird vorteilhafterweise zur schrägen Anstellung und Befestigung von Kraftstoffverteilern an den Zylinderkopf angewendet, da die Zugänglichkeit verbessert ist. Hier reduziert die Verlegung der Anschraubfläche nach unten zum Zylinderkopf jedoch die Nachgiebigkeit der Befestigungsschrauben.
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Auch die
DE 10 2015 120 962 A1 betrifft einen geschmiedeten Kraftstoffverteiler mit einem rohrförmigen Grundkörper, zumindest einem werkstoffeinheitlich und einstückig daran ausgeformten Einlass, einer Mehrzahl werkstoffeinheitlich und einstückig daran ausgeformten Injektoraufnahmen und zumindest einem werkstoffeinheitlich und einstückig daran ausgeformten Stützelement zum Befestigen an einem weiteren Kraftfahrzeugbauteil. Zwischen den Injektoraufnahmen und dem zumindest einen Stützelement erstreckt sich ein werkstoffeinheitlich und einstückig ausgeformter Verstärkungssteg.
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Durch die
DE 10 2005 029 842 A1 ist ein Kraftstoffspeicher eines Kraftstoff-Einspritzssystems eines Kraftfahrzeugs bekannt. Zur Befestigung des Kraftstoffspeichers weist dieser einen flanschartig ausgebildeten Befestigungsabschnitt auf, der zur Anordnung eines Verbindungselements einen Schlitz oder eine in Umfangsrichtung geschlossene Durchgangsöffnung aufweist.
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Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, einen geschmiedeten Kraftstoffverteiler mit Anschlussstutzen und Befestigungselementen aufzuzeigen, der nur einer geringen spanabhebenden Bearbeitung nach dem Schmiedeprozess bedarf.
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Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einem Kraftstoffverteiler gemäß Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es wird ein geschmiedeter Kraftstoffverteiler vorgeschlagen, welcher ein Druckspeicherrohr zur Aufnahme von unter Druck stehendem Kraftstoff aufweist, wobei das Druckspeicherrohr einen geschmiedeten Grundkörper besitzt, an welchem materialeinheitlich einstückig Anschlussstutzen und Montagestützen in einem Schmiedeprozess ausgeformt sind. Die Anschlussstutzen bilden Injektoraufnahmen. Weiterhin kann ein Anschlussstutzen als Kraftstoffeinlass materialeinheitlich einstückig am Grundkörper ausgeformt sein. Die Montagestützen bilden Befestigungselemente zwischen dem Druckspeicherrohr und einem weiteren Kraftfahrzeugbauteil, insbesondere dem Zylinderblock. Es entsteht ein materialeinheitlich einstückiges Druckspeicherrohr mit seinen Anschlussstellen.
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Die Montagestützen weisen einen sich über ihre Länge erstreckenden und entlang der Längsseite nach außen offenen Schraubenfreigang auf. Die Montagestützen werden bereits im Schmiedeprozess mit dem Schraubenfreigang versehen. Ein Schraubenfreigang ist als eine nach außen offene Aussparung in einer Montagestütze ausgebildet. Eine nachfolgende spanende Bearbeitung für die Herstellung einer Bohrung entfällt. Der Schraubenfreigang ist von der Grundkörperseite wegweisend durchgehend geöffnet ausgeführt.
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Es ist nur eine geringe spanende Bearbeitung des schmiedetechnisch hergestellten Druckspeicherrohrs notwendig. Lediglich obere und untere Planflächen an den Montagestützen werden spanend bearbeitet und plan ausgeführt. Insbesondere weisen die Montagestützen an ihrer dem Zylinderkopf abgewandten Oberseite eine plane Spannfläche für einen Schraubenkopf einer Befestigungsschraube auf.
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Um im Schmiedeprozess vorteilhafte Schraubenfreigänge ohne Gratbildung zu erzielen, werden die Aussparungen in den Montagestützen, welche die Schraubenfreigänge bilden, nach unten in Richtung der Anbindung zum Zylinderkopf und nach oben in Richtung des Druckspeicherrohrs konisch aufgeweitet ausgeformt. Dementsprechend kann das Druckspeicherrohr dem Schmiedewerkzeug ohne Gratbildung entnommen werden. Jeder Schraubenfreigang weist einen oberen Längenabschnitt und einen unteren Längenabschnitt auf, wobei sich der obere Längenabschnitt in Richtung zur Oberseite der Montagestütze konisch erweitert und der untere Längenabschnitt sich in Richtung zur Unterseite der Montagestütze konisch erweitert.
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Der Konuswinkel der konischen Aufweitung im oberen Längenabschnitt und/oder im unteren Längenabschnitt liegt praktischerweise zwischen 1° und 6°. Besonders bevorzugt ist ein Konuswinkel von 2°.
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Die Schraubenfreigänge sind tailliert. Zwischen dem oberen Längenabschnitt und dem unteren Längenabschnitt ist eine Engstelle ausgebildet. Die Engstelle bildet die schmalste Stelle in einem Schraubenfreigang. Durch die konische Ausformung der Aussparung des Schraubenfreigangs nach oben und unten entsteht in der Trennebene eine klemmende Verbindung für eine Befestigungsschraube. Die Engstelle ist bezogen auf die gesamte Länge eines Schraubenfreigangs bzw. der Klemmlänge einer Montagestütze im oberen Drittel des Schraubenfreigangs angeordnet. Vorzugsweise beträgt das Verhältnis zwischen der Länge des oberen Längenabschnitts und der Länge des unteren Längenabschnitts 1:3 bis 1:8, insbesondere 1:6.
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Die schmiedetechnische Herstellung des Druckspeicherrohrs bietet den Vorteil, dass der erfindungsgemäße Kraftstoffverteiler materialeinheitlich und einstückig hergestellt werden kann mit Anschlussstutzen, insbesondere Injektoraufnahmen, und Montagestützen. Durch die schmiedetechnische Herstellung werden Löt- oder Schweißnähte oder ähnliche Verbindungsstellen zwischen den Einzelbauteilen, welche potentielle Schwachstellen des Bauteils darstellen können, vermieden. Außerdem wird die Anzahl der für den Zusammenbau notwendigen Arbeitsschritte verringert, was wiederum zu einem günstigen Herstellungsprozess führt. Das Schmiedeverfahren ermöglicht zudem, anspruchsvolle Bauteilgeometrien zu realisieren. Grundsätzlich sind alle Schmiedeverfahren anwendbar. Bevorzugt wird allerdings ein Gesenkschmiedeverfahren angewendet.
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Das Druckspeicherrohr wird aus einem Rohling geschmiedet. Als Werkstoff kommt bevorzugt eine nichtrostende Edelstahllegierung zum Einsatz. Insbesondere bietet sich die Verwendung von Edelstahllegierungen des Werkstofftyps 1.4307 oder 1.4301 an.
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Das Druckspeicherrohr des Kraftstoffverteilers weist einen geschmiedeten rohrförmigen Grundkörper auf. Unter einem rohrförmigen Grundkörper ist im Rahmen der Erfindung ein länglicher hohler Körper zu verstehen, der allerdings weder hinsichtlich des Innenraums noch hinsichtlich des Außenumfangs auf einen runden oder kreisrunden Querschnitt festgelegt ist. Ein runder Innenquerschnitt ist allerdings insofern bevorzugt, als dass der Innenraum üblicherweise durch eine Tieflochbohrung bzw. Sacklochbohrung erzeugt wird.
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Bei den Anschlussstutzen handelt es sich um Injektoraufnahmen, die der Verbindung mit den Kraftstoffinjektoren dienen.
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Am Druckspeicherrohr des Kraftstoffverteilers können des Weiteren ebenfalls materialeinheitlich einstückig ein Anschlussstutzen für den Kraftstoffeinlass sowie eine stutzenförmige Aufnahme zur Montage eines Drucksensors ausgeformt sein.
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Ein Aspekt der Erfindung sieht vor, dass zwischen einer Montagestütze und einem Anschlussstutzen eine Verstärkungsstrebe ausgeformt ist. Die Verstärkungsstrebe ist ebenfalls materialeinheitlich einstückig am Grundkörper ausgeformt und erstreckt sich zwischen einer Montagestütze und einem Anschlussstutzen, wobei die Verstärkungsstrebe jeweils in die Montagestütze und den Anschlussstutzen übergeht.
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Insbesondere verläuft die Verstärkungsstrebe diagonal unterhalb des Grundkörpers, also schräg von einem Anschlussstutzen in Form einer Injektoraufnahme zu einer Montagestütze.
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Besonders bevorzugt ist die Verstärkungsstrebe zwischen dem an einem äußeren Ende des Druckspeicherrohrs angeordneten Anschlussstutzen bzw. Injektoraufnahme und einer Montagestütze angeordnet.
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Es können auch zwei Verstärkungsstreben vorgesehen sein. Hierbei kann eine Ausführungsform vorsehen, dass sich zwei Verstärkungsstreben ausgehend von einem Anschlussstutzen jeweils bis zu einer Montagestütze erstrecken, wobei diese Montagestützen auf gegenüberliegenden Seiten des Druckspeicherrohrs liegen.
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Die Verstärkungsstreben dienen zur Versteifung und der Formstabilität. Der Kraftstoffverteiler hält so Verformungen durch Biegewechselspannungen, die durch dynamische und statische Belastungen hervorgerufen werden, besser stand. Die Verstärkungsstreben sind ebenfalls materialeinheitlich einstückig am geschmiedeten Grundkörper ausgebildet. Durch die Verstärkungsstrebe wird der Lastpfad zwischen dem Krafteinleitungspunkt in einem Anschlussstutzen bzw. einer Injektoraufnahme und dem Kraftausleitungspunkt in der Montagestütze minimiert. Dies führt zu einer Versteifung und damit zu einer Reduktion der Verformung des Kraftstoffverteilers.
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Auch können die Verstärkungsstreben zu einer gewichtsoptimierten Bauweise des Kraftstoffverteilers beitragen. Durch die gezielte Verstärkung in hochbelasteten Bauteilregionen kann Material an anderen weniger belasteten Regionen des Druckspeicherrohrs eingespart werden.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 den Schmiederohling eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverteilers in einer perspektivischen Ansicht vor einer spanenden Bearbeitung;
- 2 den Kraftstoffverteiler entsprechend der Darstellung von 1 nach der spanenden Bearbeitung;
- 3 einen Ausschnitt aus einem Anbindungsbereich eines an einem Zylinderblock festgelegten Kraftstoffverteilers mit einer Ansicht auf eine Montagestütze;
- 4 einen Endabschnitt des Druckspeicherrohrs eines Kraftstoffverteilers in einer Ansicht von unten;
- 5 einen Kraftstoffverteiler in einer Seitenansicht;
- 6 die Darstellung entsprechend der 5 in einer Ansicht von oben und
- 7 den Kraftstoffverteiler entsprechend der 5 in einer Stirnansicht.
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Anhand der 1 bis 4 sowie der 5 bis 7 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffverteiler 1 beschrieben.
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Die 1 zeigt den Schmiederohling des Druckspeicherrohrs 2. Die 2 zeigt das Druckspeicherrohr 2 des Kraftstoffverteilers 1, nachdem der Schmiederohling spanend bearbeitet worden ist.
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Der Kraftstoffverteiler 1 gehört zum Speichereinspritzsystem eines Verbrennungsmotors. Die Druckerzeugung und die Kraftstoffeinspritzung sind bei solchen Speichereinspritzsystemen voneinander entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt kontinuierlich Druck. Dieser unabhängig von der Einspritzfolge aufgebaute Druck steht im Kraftstoffverteiler 1 permanent zur Verfügung.
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Der Kraftstoffverteiler 1 umfasst ein Druckspeicherrohr 2 mit einem pumpenseitigen Kraftstoffeinlass 3 und mehreren Anschlussstutzen 4, 5. Diese bilden Injektoranschlüsse. Der statisch komprimierte Kraftstoff wird im Druckspeicherrohr 2 gespeichert und über die Injektoranschlüsse verteilt den Injektoren einer Zylinderbank zur Verfügung gestellt.
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Das Druckspeicherrohr 2 weist einen geschmiedeten rohrförmigen Grundkörper 6 auf.
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Materialeinheitlich schmiedetechnisch am Grundkörper 6 angeformt sind die Anschlussstutzen 4, 5. Zur Festlegung bzw. Montage des Kraftstoffverteilers 1 an einem Zylinderkopf eines Kraftfahrzeugs sind am Grundkörper 6 materialeinheitlich einstückig Montagestützen 7 ausgeformt. Die Montagestützen 7 weisen einen sich über ihre Länge L erstreckenden und entlang der vorderen Längsseite 8 nach außen offenen Schraubenfreigang 9 auf. Der Schraubenfreigang 9 ist durch eine im horizontalen Querschnitt U-förmige Aussparung 10 in der Montagestütze 7 gebildet, welche sich über die gesamte Länge L von der Oberseite 11 der Montagestütze 7 bis zur Unterseite 12 der Montagestütze 7 erstreckt. Der Schraubenfreigang 9 ist auf der vorderen Längsseite 8 der Montagestütze 7 durchgehend offen.
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Auch der stutzenförmige Kraftstoffeinlass 3 ist materialeinheitlich einstückig schmiedetechnisch am Grundkörper 6 ausgebildet. Im Grundkörper 6 ist mittels Tiefbohren ein Längshohlraum eingebracht.
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Wie insbesondere in der 3 zu erkennen, weist ein Schraubenfreigang 9 einen oberen Längenabschnitt 13 und einen unteren Längenabschnitt 14 auf. Zwischen dem oberen Längenabschnitt 13 und dem unteren Längenabschnitt 14 ist eine Engstelle 15 ausgebildet. Von der Engstelle 15 ausgehend erweitert sich der obere Längenabschnitt 13 in Richtung zur Oberseite 11 der Montagestütze 7 konisch. Der untere Längenabschnitt 14 erweitert sich von der Engstelle 15 ausgehend nach unten in Richtung zur Unterseite 12 der Montagestütze 7 ebenfalls konisch. Der Konuswinkel α im oberen Längenabschnitt 13 und im unteren Längenabschnitt 14 beträgt vorzugsweise 2°. Auf diese Weise können im Schmiedeprozess vorteilhaft Schraubenfreigänge 9 erzeugt werden, ohne dass eine nachteilige Gratbildung erfolgt. Das Druckspeicherrohr 2 kann dem Schmiedewerkzeug problemlos entnommen werden ohne Gratbildung.
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Zwischen einer Montagestütze 7 und einem Anschlussstutzen 4 ist eine Verstärkungsstrebe 16 am Grundkörper 6 materialeinheitlich einstückig ausgeformt. Die Verstärkungsstrebe 16 verläuft unterhalb des Grundkörpers 6 diagonal vom Anschlussstutzen 4 zur Montagestütze 7. Die Verstärkungsstrebe 16 ist zwischen dem an einem äußeren Ende 17 des Grundkörpers 6 angeordneten Anschlussstutzen 4 und einer benachbarten Montagestütze 7 ausgebildet bzw. erstreckt sich zwischen diesen. Es können auch zwei Verstärkungsstreben 7 vorgesehen sein, welche sich ausgehend von dem Anschlussstutzen 4 am äußeren Ende des Grundkörpers 6 jeweils diagonal zu einer Montagestütze 7 erstrecken, wobei sich die Montagestützen 7 auf gegenüberliegenden Seiten 18, 19 des Grundkörpers 6 befinden. Eine solche zweite Verstärkungsstrebe 16 ist in der 4 dargestellt.
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Wie bereits erwähnt, zeigt die 1 das Druckspeicherrohr 2 bzw. dessen schmiedetechnisch hergestellten Grundkörper 6 nach dem Schmiedeprozess. Die Montagestützen 7, die Anschlussstutzen 4, 5 und die Verstärkungsstreben 16 sind materialeinheitlich einstückig am Grundkörper 6 ausgebildet.
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Nach der schmiedetechnischen Herstellung ist nun noch eine geringe spanende Bearbeitung des Druckspeicherrohrs 2 erforderlich. Die Oberseiten 11 und die Unterseiten 12 der Montagestützen 7 werden spanend bearbeitet, um Planflächen bereitzustellen. An der Oberseite 11 der Montagestützen 7 ist eine Spannfläche 20 für den Schraubenkopf 21 einer Befestigungsschraube 22 ausgebildet.
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Des Weiteren wird der Anschlussstutzen 4 für den Kraftstoffeinlass 3 spanend bearbeitet und geöffnet.
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Das spanend bearbeitete Druckspeicherrohr 2 des Kraftstoffverteilers 1 mit den bearbeiteten Flächen an der Oberseite 11 und der Unterseite 12 sowie dem Kraftstoffeinlass 3 zeigt die 2.
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Den Ausschnitt an einem Zylinderkopf 23 montierten Kraftstoffverteilers 1 zeigt die 3. Dort ist eine Montagestütze 7 in einer Ansicht auf den Schraubenfreigang 9 dargestellt. Der Schraubenfreigang 9 erstreckt sich durchgehend von der Oberseite 11 der Montagestütze 7 bis zu deren Unterseite 12. Der Schraubenfreigang 9 ist als eine nach außen vom rohrförmigen Grundkörper 6 weg weisende durchgehend offene Aussparung 10 in der Montagestütze 7 schmiedetechnisch ausgeformt. Die Klemmlänge einer Befestigungsschraube 22 entspricht der Länge L. Die Befestigungsschraube 22 durchsetzt die Montagestütze 7 entlang des Schraubenfreigangs 9 und ist in eine Gewindebohrung 24 im Zylinderkopf 23 eingeschraubt. An der Oberseite 11 der Montagestütze 7 liegt der Schraubenkopf 21 an der Spannfläche 20 an.
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Im Bereich der Engstelle 15 wird die Befestigungsschraube 22 klemmend gehalten. Des Weiteren ist die Befestigungsschraube 22 im Schraubenfreigang 9 durch die Seitenwände 25 der Montagestütze 7 so weit umschlossen, dass die Befestigungsschraube 22 klemmend gehalten wird.
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Insbesondere in der 7 erkennt man, dass sich die Montagestützen 7 außenseitig, also an ihrer Außenseite 26 der Seitenwände 25 konusförmig verjüngen. An der Außenseite 26 der Seitenwand 25 weist eine Montagestütze 7 einen breitesten Bundbereich 27 auf sowie einen oberen Längenabschnitt 28 und einen unteren Längenabschnitt 29. Der obere Längenabschnitt 28 verjüngt sich ausgehend von dem Bundbereich 27 zur Oberseite 11 hin. Der untere Längenabschnitt 29 verjüngt sich ausgehend vom Bundbereich 27 in Richtung zur Unterseite 12. Eine Montagestütze 7 ist an ihrer Außenseite 26 gegengleich zur taillierten Struktur auf der Innenseite entlang des Schraubenfreigangs 9 gestaltet.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Kraftstoffverteiler
- 2 -
- Druckspeicherrohr
- 3 -
- Kraftstoffeinlass
- 4 -
- Anschlussstutzen
- 5 -
- Anschlussstutzen
- 6 -
- Grundkörper
- 7 -
- Montagestütze
- 8 -
- vordere Längsseite von 7
- 9 -
- Schraubenfreigang
- 10 -
- Aussparung
- 11 -
- Oberseite von 7
- 12 -
- Unterseite von 7
- 13 -
- oberer Längenabschnitt
- 14 -
- unterer Längenabschnitt
- 15 -
- Engstelle
- 16 -
- Verstärkungsstrebe
- 17 -
- äußeres Ende von 6
- 18 -
- Seite von 6
- 19 -
- Seite von 6
- 20 -
- Spannfläche
- 21 -
- Schraubenkopf
- 22 -
- Befestigungsschraube
- 23 -
- Zylinderkopf
- 24 -
- Gewindebohrung
- 25 -
- Seitenwand
- 26 -
- Außenseite von 25
- 27 -
- Bundbereich
- 28 -
- oberer Längenabschnitt
- 29 -
- unterer Längenabschnitt
- L -
- Länge von 7
- α -
- Konuswinkel