Titel

Brenn Stoffverteiler Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Brennstoffverteiler, der insbesondere für

Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten

Brennkraftmaschinen dient. Speziell betrifft die Erfindung das Gebiet der als

Mitteldrucksysteme ausgestalteten Brennstoffeinspritzanlagen.

Bei Brennstoffeinspritzanlagen von Kraftfahrzeugen ist es denkbar, dass eine

Brennstoffverteilerleiste zum Einsatz kommt, die für Hochdruckanwendungen aus Stahl oder Aluminium ausgebildet ist. Hierdurch kann eine Druckfestigkeit für Drücke von mehr als 15 MPa (150 bar) erreicht werden. Solch ein Hochdruckrail aus Stahl kann als Lötrail hergestellt werden. Hierbei dient ein Stahlrohr als Basis, an das die einzelnen

Komponenten, insbesondere Verschlusskappen, Anschraubhalter, ein Hochdruckanschluss und die Schnittstellen zum Einspritzventil, angelötet werden. Diese Ausgestaltung ist allerdings mit hohen Herstellungskosten verbunden.

Ferner können Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen bei 0,3 MPa (3 bar) bis 0,5 MPa (5 bar) für diesbezügliche Anwendungen zum Einsatz kommen. Der

Anwendungsbereich solcher Brennstoffverteilerleisten für Niederdruckanwendungen ist allerdings auf diesen Niederdruckbereich begrenzt.

Aus der DE 10 2008 040 782 A1 sind ein Bauteilverbund sowie ein Verfahren zum

Herstellen eines Bauteilverbundes bekannt. Der Bauteilverbund dient besonders für Kraftfahrzeuganwendungen. Der Bauteilverbund umfasst ein erstes Bauteil mit einer festen Kontaktoberfläche und mindestens ein zweites Bauteil mit einer an der ersten

Kontaktoberfläche anliegenden zweiten Kontaktoberfläche, wobei die erste

Kontaktoberfläche eine mittels elektromagnetischer Strahlung erzeugte Oberflächenstruktur aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Oberflächenstruktur eine von einer Nanostruktur überlagerte Mikrostruktur aufweist. Der bekannte Bauteilverbund zeichnet sich daher durch eine besondere Robustheit aus. Hierbei kann der Bauteilverbund zuverlässig und dauerhaft gasdicht ausgestaltet werden. Speziell dient der Bauteilverbund zum

Verbinden eines Bauteils aus einem thermoplastischen Kunststoff mit einem weiteren Bauteil, insbesondere durch Umspritzen.

Bei dem aus der DE 10 2008 040 782 A1 bekannten Verfahren und dem bekannten Bauteilverbund kann die Mikrostruktur Mikrostrukturelemente mit einem Durchmesser aus einem Größenbereich zwischen etwa 1 μιη bis etwa 999 μιη und die Nanostruktur

Nanostrukturelemente mit einem Durchmesser aus einem Größenbereich zwischen etwa 1 Nanometer und etwa 999 Nanometer aufweisen. Die erste Kontaktoberfläche kann aus Metall, einer Keramik, einem Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff oder Duroplast, bestehen. Die zweite Kontaktoberfläche kann aus Kunststoff, insbesondere einem thermoplastischen Kunststoff oder Duroplast, ausgebildet sein. Das erste Bauteil wird nach der Oberflächenstrukturierung mit dem zweiten Bauteil formschlüssig verbunden, vorzugsweise durch zumindest abschnittweises Umspritzen des ersten Bauteils mit dem zweiten Bauteil. Das Umspritzen erfolgt vorzugsweise unter einer Inertgasatmosphäre, insbesondere einer Stickstoffatmosphäre.

Offenbarung der Erfindung

Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verbesserte, insbesondere mechanisch feste und hydraulisch dauerhaft dichte, Verbindung zwischen einer oder mehreren Muffen und einem Verteilerkörper hergestellt werden kann. Speziell kann hierbei eine ausreichende Dichtwirkung für

Brennstoffe, insbesondere Benzin, bei einem Mitteldruck erreicht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte

Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Brennstoffverteiler möglich. Vorteilhaft ist es, dass die Muffe auf der Basis eines thermoplastischen Kunststoffs gebildet ist. Hierbei ist ein modularer Aufbau des Brennstoffverteilers möglich. Bei der Herstellung des Brennstoffverteilers kann an einen geeigneten Verteilerkörper, insbesondere einen entsprechend lang ausgestalteten Verteilerkörper, die der Zylinderanzahl entsprechende Anzahl an Muffen angebracht werden. In der Regel sind daher mehrere gleich ausgestaltete Muffen an einem Verteilerkörper angebracht.

In vorteilhafter Weise ist der Verteilerkörper aus einem Metall oder einem Duroplast gebildet. Hierbei wird eine dauerhaft dichte Verbindung zwischen dem thermoplastischen Kunststoff der Muffe und dem Verteilerkörper erzeugt. Problematisch ist hierbei generell die unterschiedliche Wärmeausdehnung bezüglich der Muffe und des Verteilerkörpers.

Außerdem ist die Haftung der beiden Materialien aneinander eher gering. Durch

Ausgestalten einer strukturierten Oberfläche an einer Außenseite des Verteilerkörpers, was zumindest im Bereich der Muffe erfolgt, kann dennoch eine dichte Verbindung hergestellt werden. Hierfür kann beispielsweise mit einem UKP-Laser eine strukturierte Oberfläche in die Außenseite des Verteilerkörpers eingebracht und nachfolgend der zweite Werkstoff zur Ausgestaltung der Muffe auf diese strukturierte Oberfläche aufgespritzt werden, der sich mit der behandelten Oberfläche des ersten Werkstoffs der Muffe gut verbindet. Um die

Druckfestigkeit an der Schnittstelle zwischen der Muffe und dem Verteilerkörper, beispielsweise für einen Mitteldruck zu gewährleisten, weist die Muffe die Dichtlippe auf, wobei der Durchgangskanal an der mittigen Öffnung der Dichtlippe in den Innenraum der Muffe mündet. Somit wird an dieser Stelle die Dichtwirkung erheblich verbessert. Die Dichtlippe ist nämlich vergleichsweise dünn, so dass die aus der Wärmedehnung resultierenden Kräfte geringer ausfallen. Dies gilt auch für den Fertigungsprozess selbst, bei dem der in der Regel schrumpfende Kunststoff zu gewissen Spannungen

beziehungsweise Kräften führt, die auf Grund der dünnen Ausgestaltung an der Dichtlippe ebenfalls reduziert sind. Die Dichtlippe ist daher vorzugsweise als schmale Dichtlippe ausgestaltet beziehungsweise durch eine dünne Kunststoffschicht gebildet.

In vorteilhafter Weise umgreift die Muffe den Verteilerkörper. Hierdurch wird die Stabilität der Verbindung verbessert, wobei insbesondere der Bereich der Dichtlippe kraftentlastet wird. Vorteilhaft ist es auch, dass der Verteilerkörper als rohrförmiger Verteilerkörper ausgestaltet ist und dass die Muffe einen Befestigungsring aufweist, der den rohrförmigen

Verteilerkörper umschließt. Ferner ist es vorteilhaft, dass die Muffe eine

Befestigungsbohrung aufweist. Hierdurch kann die Muffe über die Befestigungsbohrung beispielsweise an einer Brennkraftmaschine montiert werden. Da in der Regel mehrere Muffen vorgesehen sind, ergibt sich somit über die Muffen auch eine Befestigung des Verteilerkörpers an der Brennkraftmaschine. Hierdurch ist eine kompakte Ausgestaltung gewährleistet.

Ferner ist es vorteilhaft, dass an der Muffe eine Ventiltasse ausgestaltet ist und dass der Innenraum der Muffe mit der Ventiltasse verbunden ist. Somit kann der Fertigungsaufwand reduziert werden. Hierbei ist es auch vorteilhaft, dass die Muffe eine Bohrung aufweist und dass die Bohrung durch einen Verschluss verschlossen ist, der den Innenraum der Muffe begrenzt. Dies vereinfacht die Herstellung der Muffe bei einem Anspritzen der Muffe an den Verteilerkörper. Der Innenraum der Muffe kann hierbei durch eine Bohrung gebildet werden, die in vorteilhafter Weise nach dem Anspritzen verschlossen wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen sich entsprechende

Elemente mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen sind, näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 einen Brennstoffverteiler in einer schematischen, räumlichen Darstellung

entsprechend einem Ausführungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 2 eine Muffe des in Fig. 1 dargestellten Brennstoffverteilers in einer schematischen Schnittdarstellung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsformen der Erfindung

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Brennstoffverteilers 1 der Erfindung in einer schematischen, räumlichen Darstellung. Außerdem sind an dem Brennstoffverteiler 1 montierte Brennstoffeinspritzventile 2, 3, 4, 5 dargestellt. Der Brennstoffverteiler 1 kann insbesondere in Form einer Brennstoffverteilerleiste 1 ausgestaltet sein. Der

Brennstoffverteiler 1 eignet sich besonders für Brennstoffeinspritzanlagen von

gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Speziell eignet sich der Brennstoffverteiler 1 hierbei für ein Mitteldrucksystem. Der Mitteldruck für solch ein

Mittel drucksystem kann hierbei im Bereich von 3 MPa bis 10 MPa beziehungsweise 30 bar bis 100 bar liegen. Insbesondere kann der Mitteldruck im Bereich von 5 MPa bis 7 MPa beziehungsweise 50 bar bis 70 bar liegen. Der erfindungsgemäße Brennstoffverteiler 1 eignet sich allerdings auch für andere Anwendungsfälle. Der Brennstoffverteiler 1 weist einen Verteilerkörper 6 auf. Der Verteilerkörper 6 ist in diesem Ausführungsbeispiel als rohrförmiger Verteilungskörper 6 ausgestaltet. Innerhalb des rohrförmigen Verteilerkörpers 6 ist ein Brennstoff räum 7 gebildet. Die Enden 8, 9 des rohrförmigen Verteilerkörpers 6 werden auf geeignete Weise mit einem Verschluss und einem Hochdruckanschluss versehen.

An dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 sind mehrere Muffen 10, 1 1 , 12, 13 angebracht. Die Anzahl der Muffen 10 bis 13 ergibt sich hierbei durch den jeweiligen Anwendungsfall in Bezug auf die Zylinderanzahl der Brennkraftmaschine. Der rohrförmige Verteilerkörper 6 weist eine Außenseite 14 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel zylindermantelförmig ausgestaltet ist. Die Befestigung der Muffen 10 bis 13 ist im Folgenden am Beispiel der Muffe 10 weiter beschrieben.

Fig. 2 zeigt die Muffe 10 des Brennstoffverteilers 1 in einer schematischen

Schnittdarstellung entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Außerdem ist der rohrförmige Verteilerkörper 6 des Brennstoffverteilers 1 im Querschnitt dargestellt. Eine Oberfläche 15 der Außenseite 14 des rohrförmigen Verteilerkörpers 6 ist zumindest im Bereich der Muffe 10 als strukturierte Oberfläche 15 ausgestaltet. Dies kann durch eine Laserbehandlung erfolgen. Nach dem Ausgestalten der Oberfläche 15 in dem ersten Werkstoff des Verteilerkörpers 6 wird der zweite Werkstoff, der die Muffe 10 ausbildet, um den rohrförmigen Verteilerkörper 6 gespritzt. Der zweite Werkstoff verbindet sich gut mit der behandelten Oberfläche 15 des ersten Werkstoffs.

Als erster Werkstoff des Verteilerkörpers 6 kann ein Stahl oder ein Verbundfaserwerkstoff, insbesondere ein Glasfaserwerkstoff oder ein Carbonfaserwerkstoff, zum Einsatz kommen. Der zweite Werkstoff für die Muffe 10 ist vorzugsweise ein thermoplastischer Kunststoff. Die Muffe 10 ist dann auf der Basis dieses thermoplastischen Kunststoffs gebildet.

Die ausgeformte Muffe 10 weist einen Befestigungsring 16 auf, der den rohrförmigen Verteilerkörper 6 an der strukturierten Oberfläche 15 umschließt. Hierdurch können die Kräfte zwischen dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 und der Muffe 10 vorteilhaft aufgenommen werden, ohne dass es zu einer Relativbewegung zwischen der Muffe 10 und dem Verteilerkörper 6 kommt.

Der rohrförmige Verteilerkörper 6 weist einen Durchgangskanal 20 auf, der einerseits in den Brennstoffraum 7 und andererseits in einen Innenraum 21 der Muffe 10 mündet. Die Muffe 10 weist eine Dichtlippe 22 auf. Eine Außenseite 23 der Dichtlippe 22 grenzt an die strukturierte Oberfläche 15 des rohrförmigen Verteilerkörpers 6 an. Die Dichtlippe 22 ist an ihrer Außenseite 23 mit der strukturierten Oberfläche 15 verbunden.

Der Durchgangskanal 20 führt in den Innenraum 21 der Muffe 10. Hierbei weist die

Dichtlippe 22 eine mittige Öffnung 24 auf, an der der Durchgangskanal 20 in den Innenraum 21 mündet.

Da die Muffe 10 an der Dichtlippe 22 vergleichsweise dünn ausgestaltet ist, sind die im Bereich der Dichtlippe 22 zwischen der Muffe 10 und dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 auftretenden mechanischen Spannungen beziehungsweise Kräfte, die durch die

unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften zustande kommen können, vergleichsweise gering. Dies betrifft beispielsweise unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten Werkstoffs für den Verteilerkörper 6 und des zweiten Werkstoffs für die Muffe 10.

Somit kann einerseits durch die strukturierte Oberfläche 15 die Muffe 10 dicht um den rohrförmigen Verteilerkörper 6 gespritzt werden. Durch die Dichtlippe 22 kann außerdem eine abgedichtete Verbindung realisiert werden, so dass eine Brennstoffleitung aus dem Brennstoffraum 7 in den Innenraum 21 ermöglicht ist. Die Dichtheit kann hierbei

insbesondere für einen Mitteldruck gewährleistet werden.

Der Innenraum 21 der Muffe 10 ist durch eine Bohrung 25 gebildet, die durch einen

Verschluss 26 verschlossen ist. Hierbei ist ein Verbindungskanal 27 vorgesehen, der von dem Innenraum 21 in eine Ventiltasse 28 der Muffe 10 führt. Somit kann Brennstoff aus dem Brennstoffraum 7 zu dem an der Ventiltasse 8 montierten Brennstoffeinspritzventil 2 geführt werden.

Eine Dicke 29 der Dichtlippe 22 kann beispielsweise etwa 0,2 mm bis etwa 1 mm betragen. Wie in der Fig. 1 dargestellt, weisen die Muffen 10 bis 13 jeweils eine Befestigungsbohrung 30, 31 , 32, 33 auf. Hierdurch ist die Befestigung des Brennstoffverteilers 1 an einer

Brennkraftmaschine möglich. Da die Muffen 10 bis 13 den Verteilerkörper 6 jeweils umschließen, ist eine stabile Befestigung des rohrförmigen Verteilerkörpers 6 gewährleistet. Bei der Herstellung des Brennstoffverteilers 1 ergibt sich außerdem der Vorteil, dass durch die Umspritzung mit kurzer Zykluszeit aufwändige Arbeitsgänge, wie beispielsweise Löten, eingespart werden können. Dies reduziert die Kosten und die Entstehung von Kohlendioxid bei der Herstellung. Außerdem ermöglicht das Anspritzen der Muffen 10 bis 13 an dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 mittels eines geeignet ausgelegten Werkzeugs eine

Anpassung an unterschiedliche Zylinderabstände. Denn die Muffen 10 bis 13 können in unterschiedlichen Abständen aneinander von dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 vorgesehen werden.

Bei der in der Fig. 1 dargestellten Muffe 10 wird an dem Befestigungsring 16 die Leitung des Brennstoffs in den Innenraum 21 der Muffe 10 mittels des Durchgangskanals 20 gewährleistet. Ferner kann ein weiterer Befestigungsring 34 vorgesehen sein, der die Halterung des Brennstoffverteilers auf dem Zylinderkopf bildet und die mechanische Verbindung zwischen dem Verteilerkörper 6 und der an der Befestigungsbohrung 30 angebrachten Befestigung gewährleistet. Hierdurch kann die Stabilität des Brennstoffverteilers 1 weiter verbessert werden. Speziell kann der Bereich der Dichtlippe 22 weiter kraftentlastet werden. Dadurch verbessert sich auch die Dichtwirkung.

Somit wird gewährleistet, dass die mechanische Verbindung zwischen der Dichtlippe 22 und der strukturierten Oberfläche 15 an dem Verteilerkörper 6 den im Betrieb auftretenden Kräften beziehungsweise mechanischen Spannungen, die durch unterschiedliche

Wärmeausdehnungen zwischen den Werkstoffen und durch die mechanischen Haltekräfte verursacht sein können, standhält. Hierdurch wird eine mechanisch feste und hydraulisch dauerhaft dichte Verbindung zwischen den vorzugsweise thermoplastischen Muffen 10 bis 13 und dem rohrförmigen Verteilerkörper 6 ausgebildet. Ein Austritt von Brennstoff an der Schnittstelle wird somit verhindert.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.