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Die
Erfindung geht von einem Hochdruck-Einspritzsystem zum direkten
Einspritzen von Brennstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine
nach der Gattung des Hauptanspruchs aus.
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Gemäß den aus
dem Stand der Technik bekannten Systemen sitzt eine Anzahl von Brennstoffeinspritzventilen
direkt im Zylinderkopf eines Motors. Die Kraftstoffzuführung erfolgt über eine
Kraftstoff-Verteilerleiste, welche über eine geeignete Tassenanbindung
mit dem Brennstoffeinspritzventil verbunden ist. Die Abdichtung
der Verbindungsstelle zwischen der Tassenanbindung und einem zuströmseitigen
Zulaufstutzen des Brennstoffeinspritzventils erfolgt über einen
O-Ring. Aufgrund des Einsatzes unterschiedlicher Kraftstoffqualitäten, und
insbesondere durch die Zumengung von Alkohol, müssen alle Kraftstoff führenden
Bauteile in Edelstahl ausgeführt sein.
Der Zylinderkopf ist dagegen üblicherweise
in Aluminium ausgeführt.
Dies führt
aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten
der zwei Materialien beim Betrieb der Brennkraftmaschine zu unterschiedlichen
Wärmedehnungen,
welche zusätzlich
zu den fertigungsbedingten Positionstoleranzen des Kraftstoffsystems
kompensiert werden müssen.
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Das
Brennstoffeinspritzventil sitzt hierzu beispielsweise auf einem
Ausgleichsring, welcher eine radiale Ausgleichsbewegung zulässt, um
geringfügige
Schwankungen um die Längsachse
des Brennstoffeinspritzventils an seinem abspritzseitigen, im Zylinderkopf
eingesetzten Ende auszugleichen. Bei einer derartigen Anordnung
ist der maximal mögliche Schwenkwinkel
jedoch sehr gering, da das radiale Spiel an der abspritzseitigen
Ventilspitze zum Schutz einer daran vorgesehenen Dichtung aus Teflon® nicht sehr
groß sein
darf.
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Nachteilig
ist weiterhin, dass der an dem Zulaufstutzen vorgesehene O-Ring
nicht kraftstoffdicht ist. Es entstehen durch Permeation fortlaufend
Verdunstungsemissionen, welche insbesondere bei möglicherweise
zukünftig
geänderten
Gesetzesanforderungen nicht mehr zulässig sein werden.
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Aus
der
DE 197 35 665
A1 ist eine Brennstoffeinspritzanlage bekannt, bei der
ein Brennstoffeinspritzventil mittels eines Zwischenstücks an eine Brennstoffverteilerleitung
angeschlossen ist. Das Brennstoffeinspritzventil wird dabei durch
eine Niederhaltevorrichtung in Form einer Spannpratze an einem Zylinderkopf
befestigt. Ein Düsenkörper des Brennstoffeinspritzventils
ist in eine Aufnahmebohrung des Zylinderkopfes eingefügt, wodurch
die Lage der Achse des Brennstoffeinspritzventils vorgegeben ist.
Da mehrere derartige Brennstoffeinspritventile gemeinsam an der
Brennstoffverteilerleitung angeordnet sind und die Brennstoffverteilerleitung
starr ausgebildet ist, ist es erforderlich, einen Achsversatz und
eine Achsneigung zwischen der Achse des Brennstoffeinspritzventils
und der Achse eines Verbindungsstutzens für jedes Brennstoffeinspritzventil auszugleichen.
Der Ausgleich erfolgt über
ein Zwischenstück,
welches Dichtringe aufweist, die eine Verkippung des Zwischenstücks ermöglichen,
ohne dass beim Einleiten von Brennstoff aus der Brennstoffverteilerleitung
in das Brennstoffeinspritzventil Brennstoff in unerwünschte Bereiche
austritt.
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Bei
diesem Brennstoffeinspritzventil der Brennstoffeinspritzanlage ist
außerdem
am Düsenkörper des
Brennstoffeinspritzventils eine Nut vorgesehen, in die ein Dichtring
zum Abdichten eines ringförmigen
Spaltes zwischen dem Düsenkörper und dem
Zylinderkopf eingebracht ist.
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Die
aus
DE 197 35 665
A1 bekannte Lösung zum
Ausgleichen der Positions- und Winkelabweichung an der Verbindung
zwischen der Brennstoffverteilerleitung und dem Brennstoffeinspritzventil bringt
den Nachteil mit sich, dass ein zusätzliches Zwischenstück erforderlich
ist, was zusätzlich
zu den oben bereits erwähnten
Nachteilen bezüglich
der Abdichtung, auch einen zusätzlichen
Montageaufwand erfordert.
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Vorteile der
Erfindung
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Demgegenüber hat
das erfindungsgemäße Hochdruck-Einspritzsystem mit
dem kennzeichnenden Merkmal des Hauptanspruchs den Vorteil, dass ein
Dichtelement zwischen dem zulaufseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils
und dem Verbindungselement des Brennstoffeinspritzventils zu dem
Verteilerrohr dadurch vermieden wird, dass eine feste Verbindung
zwischen dem Brennstoffeinspritzventil mit dem Verbindungselement
und dem Verbindungselement und dem Verteilerrohr vorgesehen ist.
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Des
weiteren entfällt
ein Ausgleichselement für
Fertigungstoleranzen, welches am abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils
zwischen dem Ventildüsenkörper und
der Wandung einer Ausnehmung im Zylinderkopf, in welche das Brennstoffeinspritzventil
eingesetzt wird, beispielsweise in Form eines aus z. B. Edelstahl
hergestellten Ausgleichs- bzw. Stützrings vorgesehen ist. Der
Ausgleich von Fertigungstoleranzen und Wärmedehnungsunterschiede zwischen
den im Zylinderkopf fest eingespannten Brennstoffeinspritzventilen
und dem Kraftstoffverteilerrohr wird bei dem Hochdruck-Einspritzsystem gemäß der Erfindung
durch gebogene und begrenzt nachgiebige bzw. Verbindungselemente vorgesehen,
welche eine gewisse Flexibilität
bzw. eine gewisse Nachgiebigkeit aufweisen.
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Eine
aufwändige
Schnittstellengeometrie zwischen dem Brennstoffeinspritzventil und
der Kraftstoffverteilerleiste wird durch ein einfaches gebogenes
rohrförmiges
Element ersetzt. Auch ist es besonders vorteilhaft, dass das gesamte
System in Form eines „Hochdruck-Einspritz-Moduls" zu einer Einheit zusammengefasst
ist.
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Weitere
Vorteile des erfindungsgemäßen Hochdruck-Einspritzsystems
sind die Reduzierung der Verdunstungsemissionen durch Entfall des O-Rings.
Die Abdichtung an dem abspritzseitigen Ende des Brennstoffeinspritzventils
gegen die Zylinderkopfwandung wird robuster, da das Vorsehen eines
reduzierten Spaltes ermöglicht
wird, was wiederum Schutz vor Verbrennungswärme bietet.
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Aufgrund
der modulartigen Ausbildung des Hochdruck-Einspritzsystems wird darüber hinaus
die Montage erleichtert.
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Ein
weiterer Vorteil, der durch das erfindungsgemäße Hochdruck-Einspritzsystem
erzielt wird, ist, dass durch die feste bzw. unlösbare Verbindung zwischen dem
Einspritzventil, der Verbindungsleitung und dem Ventilrohr die inneren
hydraulischen Druckkräfte äußerlich
nicht frei werden und dadurch die Belastung der Anschraubung des
Verteilerrohrs auf die freien Massenkräfte der Motor-Schwingbeschleunigung
reduziert wird. Je nach Einspritzventil können bis zu ~ 2 kN durch den
Hochdruck auf das Verteilerrohr wirken, was durch die Anschraubung abgefangen
werden muss. Diese Belastung entfällt bei der erfindungsgemäßen Konstruktion
des Hochdruck-Einspritzsystems.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Hochdruck-Einspritzsystems
sowie eines Hochdruck-Einspritzsystems gemäß dem Stand der Technik sind
in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
schematischen Querschnitt durch ein Hochdruck-Einspritzsystem gemäß dem Stand
der Technik;
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2 einen
schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruck-Einspritzsystems;
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3 eine
Schrägansicht
von oben auf das in 2 dargestellte Hochdruck-Einspritzsystem; und
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4 eine
Draufsicht auf das in 2 und 3 dargestellte
Hochdruck-Einspritzsystem.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Hochdruck-Einspritzsystem 1 gemäß dem Stand
der Technik, welches zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen und
Montage bedingter Toleranzen ein Ausgleichselement 11 in
Form eines Ausgleichsrings aus Edelstahl verwendet, welcher eine
radiale Ausgleichsbewegung zulässt.
Dabei schwenkt das Brennstoffeinspritzventil 2 geringfügig um einen
Dichtring 13 an einem abspritzseitigen Ende 15 des
Brennstoffeinspritzventils 2. Der maximal mögliche Schwenkwinkel
ist jedoch nicht sehr groß,
da das radiale Spiel an dem abspritzseitigen Ende 15 des
Brennstoffeinspritzventils 2 nicht sehr groß sein darf.
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Der
Brennraum (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine ist mittels
des Zylinderkopfes 9 abgeschlossen. Der Zylinderkopf 9 weist
eine Aufnahmebohrung bzw. Ausnehmung 14 auf, in welche
das abspritzseitige Ende 15 des Brennstoffeinspritzventils 2 direkt
einsetzbar ist. Die Ausnehmung 14 ist an dem Dichtring 13,
welcher aus Teflon® hergestellt ist, gegen
die Verbrennungsgase des Brennraums (nicht dargestellt) abgedichtet.
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Zur
Versorgung des Brennstoffeinspritzventils 1 ist eine Brennstoff-Verteilerleitung
bzw. ein Verteilerrohr 3 vorgesehen. Das Verteilerrohr 3 erstreckt sich
entlang einer senkrecht zu der Längsachse 16 des
Brennstoffeinspritzventils 2 und der Aufnahmebohrung 14 des
Zylinderkopfes 9 orientierten Achse. Das Verteilerrohr 3 und
das Brennstoffeinspritzventil 2 sind über ein Zwischenstück 12 in
Form einer Tassenanbindung verbunden. Wie bereits eingangs erwähnt, erfolgt
die Abdichtung über
eine Dichtung 10 in Form eines O-Rings.
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Alle
Kraftstoff führenden
Bauteile des Hochdruck-Einspritzsystems
gemäß dem Stand
der Technik sind z. B. aus Edelstahl hergestellt, wohingegen der
Zylinderkopf aus Aluminium hergestellt ist, was die bereits in der
Einleitung beschriebene Problematik bezüglich der unterschiedlichen
Wärmeausdehnungskoeffizienten
verursacht.
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Hochdruck-Einspritzsystems 1.
Das Hochdruck-Einspritzsystem 1 umfasst im Wesentlichen
ein Brennstoffeinspritzventil 2, ein Verbindungselement 4 und
ein Verteilerrohr 3, wobei das Hochdruck-Einspritzsystem 1 als
Einheit in Form eines Injektor-Moduls aufgebaut ist. Das Brennstoffeinspritzventil 2 ist
mit seinem abspritzseitigen Ende 15 in eine Ausnehmung
bzw. Aufnahmebohrung 14 des Zylinderkopfes 9 der
Brennkraftmaschine eingesetzt. Eine Niederhaltevorrichtung in Form
einer nicht dargestellten Spannpratze hält das Brennstoffeinspritzventil 2 in
dem Zylinderkopf 9. Dabei ist die von der Spannpratze ausgeübte Niederhaltekraft
größer als die
von dem Verbrennungsdruck der Verbrennungsgase in dem Brennraum 18 ausgeübte Gegenkraft, so
dass das abspritzseitige Ende 15 des Brennstoffeinspritzventils 2 auch
bei hohem Verbrennungsdruck sicher an dem Zylinderkopf 9 fixiert
ist. Die Spannpratzen werden nach dem Einsetzen des Hochdruck-Einspritzsystems 1 angebracht.
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Das
Brennstoffeinspritzventil 2 ist über das Verbindungselement 4 fest
bzw. unlösbar
mit dem Verteilerrohr 3 verbunden, z. B. wie hier dargestellt über geeignete
Lötverbindungen 6 und 7.
Eine feste Verbindung zwischen den einzelnen Elementen des Hochdruck-Einspritzsystems 1 kann
aber gleichfalls auch durch Verschweißen der Elemente miteinander erfolgen.
Ebenfalls möglich
ist eine Schraubverbindung zwischen den einzelnen Elementen, wobei
diese dann mit geeigneten Schraubgewinden zu versehen sind.
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Das
z. B. aus Edelstahl gefertigte Verbindungselement 4 ist
U-förmig
als Rohrleitung ausgebildet, wobei ein Ende des Rohres fest mit
einem Zuleitungsstutzen 5 des Brennstoffeinspritzventils 2 und das
andere Ende des Rohres fest bzw. unlösbar mit dem Verteilerrohr 3 der
Brennstoffverteilerleitung auf die oben beschriebene Art und Weise
verbunden ist. Da die Verbindungselemente 4 gebogen ausgeführt sind,
können
gewisse Positionsunterschiede zwischen dem Brennstoffeinspritzventil 2 und
dem Verteilerrohr 3 durch deren Nachgiebigkeit leichter
ausgeglichen werden.
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Das
Verteilerrohr 3 wird über
einen Halter 8, welcher an dem Verteilerrohr 3 vorgesehen
ist, am Zylinderkopf 9 bzw. Motor befestigt. Wie auch bei dem
Hochdruck-Einspritzsystem 1 gemäß dem Stand der Technik, sind
bei dem erfindungsgemäßen Hochdruck-Einspritzsystem 1 alle
Kraftstoff führenden
Elemente aus Edelstahl gebildet, und der Zylinderkopf ist dagegen
aus Aluminium hergestellt. Ein Ausgleich für unterschiedliche Wärmedehnungen wird
durch die Nachgiebigkeit der rohrförmigen gebogenen Verbindungselemente 4 geschaffen.
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3 ist
eine Schrägansicht
von oben auf das in 2 dargestellte Hochdruck-Einspritzsystem 1,
welches hier aus drei Brennstoffeinspritzventilen 2, einem
Verteilerrohr 3 und drei gebogenen Verbindungselementen 4 besteht,
die die Brennstoffeinspritzventile 2 mit dem Verteilerrohr 3 verbinden.
An dem Verteilerrohr 3 ist weiterhin der Halter 8 zum
Anbringen des Moduls an dem Zylinderkopf 9 einer Brennkraftmaschine
dargestellt.
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4 zeigt
eine Draufsicht auf das in 2 und 3 dargestellte
Hochdruck-Einspritzsystem 1 mit drei Brennstoffeinspritzventilen 2,
drei Verbindungselementen 4 und einem Verteilerrohr 3.
Wie bereits oben erwähnt,
können
Positionsunterschiede a ± T,
dargestellt durch die Pfeile, durch die gebogene Ausführung der
Verbindungselemente 4 ausgeglichen werden.
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Das
Hochdruck-Einspritzsystem 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
eignet sich sowohl für den
Einsatz in Ottomotoren mit Benzin-Direkteinspritzung als auch für den Einsatz
in Dieselmotoren.