DE60003784T2

DE60003784T2 - Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE60003784T2
Application number: DE2000603784
Authority: DE
Inventors: Michael Figura; Helmut Ruhland
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2020-04-27
Also published as: EP1150002A1; JP2001355540A; EP1150002B1; DE60003784D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffeinspritzsystem mit mehreren elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventilen. Der Betrieb solcher Einspritzventile erfolgt durch eine elektronische Steuervorrichtung in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine (zum Beispiel Luftmassenstrom, erforderliches Drehmoment, Temperatur). Die einzuspritzende Kraftstoffmenge wird auf Grundlage der Betriebskenngrößen durch Betrieb der elektromagnetisch betätigten Ventile gesteuert.
In der DE 40 02 393 A1 wird ein solches Kraftstoffeinspritzsystem offenbart. Die Kraftstoffeinspritzventile sind der top-feed-Bauart, was bedeutet, dass die Achse des Injektors in einer Ebene angeordnet ist, die die mittlere Achse einer normalerweise zylindrischen Kraftstoff-Verteilerleitung schneidet. Die elektromagnetischen Ventile weisen ein Ventilgehäuse auf. Der sich neben der Kraftstoff-Verteilerleitung befindende Teil des Ventilgehäuses kann als Kraftstoffversorgungsflansch mit einem inneren Kraftstoffventilkanal und einer Kraftstoffzufuhröffnung an seiner Fläche, die – wenn sich das Ventil in seiner Betriebsstellung befindet – normalerweise in einer oberen Stellung bezüglich des unteren Endes des Einspritzventils angeordnet ist, bezeichnet werden, wobei das Einspritzventil in einer Öffnung im Zylinderkopf angeordnet ist, die in der Brennkammer des Motors endet. Für die Verbindung des elektromagnetisch betätigten Ventils mit der Steuervorrichtung ist ein elektrischer Verbinder an der Außenfläche des Ventilgehäuses angeordnet. Die Kraftstoff-Verteilerleitung, die Kraftstoff zu allen Einspritzventilen führt, weist einen inneren Kraftstoff-Verteilerleitungskanal auf, der mit einer Kraftstoffzufuhr und einem Kraftstoffablass verbunden werden kann. Die Kraftstoff-Verteilerleitung weist integral verbundene äußere Zweige mit inneren Kraftstoffzweigkanälen auf, die mit dem inneren Kraftstoff-Verteilerleitungskanal der Kraftstoff-Verteilerleitung in Verbindung stehen. Die Zweige sind mit den Kraftstoffeinspritzventilen abdichtend verbindbar.
Die die Einspritzventile aufnehmenden Bohrungen im Zylinderkopf können nur dann wirtschaftlich hergestellt werden, wenn gewisse Toleranzen gestattet werden. Dies gilt auch für die Kraftstoff-Verteilerleitung mit den Zweigen, die mit dem anderen Ende der Injektoren verbunden werden müssen.
Deshalb ist insbesondere für eine vorgefertigte Einheit aus Kraftstoff-Verteilerleitung und Injektoren eine Konstruktion wünschenswert, die robust genug ist, die Toleranzen auszugleichen, aber auch selbst unter hohen Drücken (zum Beispiel 100 – 500 bar für Benzindirekteinspritzung oder 1000 – 2000 bar für Dieseldirekteinspritzung) im Kraftstoffeinspritzsystem als dichte Verbindung dient.
Um diese Zwecke zu erfüllen, enthält die vorgefertigte Einheit aus Kraftstoff-Verteilerleitung und Injektoren eine Kraftstoff-Verteilerleitung, die am Zylinderkopf befestigt ist. Der Kraftstoffversorgungsflansch des Ventils ist abdichtend, aber flexibel mit einem ersten Ende eines Zwischenrohrs verbunden, dessen zweites Ende abdichtend, aber flexibel mit dem an der Kraftstoff-Verteilerleitung angeordneten Zweig verbunden ist. Zwischen der Kraftstoff-Verteilerleitung und dem Ventil wird durch eine Spannvorrichtung eine Kraft in Richtung der Ventilachse ausgeübt. Durch Befestigung des vorgefertigten Kraftstoffeinspritzsystems (das aus der Kraftstoff-Verteilerleitung, dem Zwischenrohr und den elektromagnetisch betätigten Ventilen besteht) werden die Ventile somit in ihrer ordnungsgemäßen Position in den im Zylinderkopf angeordneten Bohrungen gehalten. Da das Zwischenrohr an seinen beiden Enden eine flexible, aber abdichtende Verbindung – vorzugsweise mit O-Ringen – aufweist, werden die verschiedenen Toleranzen ausgeglichen, da das Zwischenrohr bezüglich der Achse der Bohrungen im Zylinderkopf oder umgekehrt bezüglich der Achse der Flansche in der Kraftstoff-Verteilerleitung gekippt werden kann. Das vorgefertigte Kraftstoffeinspritzsystem wird durch geeignete Klemmen festgelegt, solange das System nicht durch die normalerweise verwendeten Befestigungsschrauben am Zylinderkopf befestigt ist. Nach der Befestigung des vorgefertigten Kraftstoffeinspritzsystems am Zylinderkopf, werden die Halteklemmen vorzugsweise abgenommen. Durch Befestigung der Kraftstoff-Verteilerleitung am Zylinderkopf wird eine Kraft von der Kraftstoff-Verteilerleitung auf die elastische Spannvorrichtung ausgeübt, die mit einer Fläche an der Kraftstoff-Verteilerleitung bzw. an dem einen integralen Teil der Kraftstoff-Verteilerleitung bildenden Flansch anliegt. Von der Spannvorrichtung wird die Kraft auf eine geeignete Fläche am Rohr ausgeübt, das wiederum an einem geeigneten am Einspritzventil angeordneten Flansch oder Rand anliegt. Weiter in Richtung des unteren Teils des Einspritzventils, wo dieses mit der Brennkammer in Verbindung steht, liegen die Einspritzventile an einer geeigneten Fläche im Zylinderkopf an. Durch die Spannvorrichtung werden auch jegliche Toleranzen in Richtung der Achse des Einspritzventils ausgeglichen.
Die Spannvorrichtung ist eine Feder oder vorzugsweise ein Blattfederstapel. Um eine ausreichende Kraft in Richtung der Achse des Einspritzventils auszuüben, müssen die Abmessungen der Feder und die typischen Kennwerte der Feder optimiert werden. Dazu kann es bei einer bevorzugten Ausführungsform – in Abhängigkeit von dem zur Verfügung stehenden Raum – vorteilhaft sein, die Spannvorrichtung an einem der beiden Enden des Rohrs oder in Abhängigkeit von den Toleranzen auch an beiden Enden anzuordnen. Somit könnte der Blattfederstapel oder die Spannvorrichtung zwischen dem Zweig und einem Stützflansch angeordnet werden, der mit dem Zwischenrohr mechanisch verbunden ist.
Andererseits kann die Spannvorrichtung oder die Feder auch zwischen einem Stützrand am Ventilgehäuse und einem mit dem Zwischenrohr verbundenen Stützflansch angeordnet sein.
Vorzugsweise ist das erste Ende des Zwischenrohrs, das in der installierten Position des vorgefertigten Kraftstoffeinspritzsystems das obere Ende ist, in den inneren Kraftstoffzweigkanal des integral an der Kraftstoff-Verteilerleitung angeformten Zweigs eingesetzt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Zwischenrohr an seinem zweiten Ende (dem unteren Ende in der installierten Position) eine Öffnung auf, deren Innendurchmesser zur Aufnahme der Außenfläche des Kraftstoffversorgungsflansches des Ventils ausgeführt ist.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 4 gezeigten besonderen Ausführungsformen ausführlicher beschrieben. 1 zeigt eine Draufsicht des Zylinderkopfs mit dem Kraftstoffeinspritzsystem in seiner installierten Position. Das Kraftstoffeinspritzsystem 1 enthält die Kraftstoffeinspritzventile 2, die in ihrer installierten Position zwischen den Luftansaugkanälen gezeigt werden. In dem Ventilgehäuse 3 der elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventile ist eine Vorderseiten- oder Oberseiten-Kraftstoffzufuhr 4 angeordnet, die sich neben dem einen integralen Teil der Kraftstoff-Verteilerleitung 6 bildenden Zweig 8 befindet. Elektrische Verbinder 5 dienen zur Verbindung zwischen den elektromagnetisch betätigten Ventilen und einer elektronischen Steuereinheit. Entlang der Achse der Kraftstoff-Verteilerleitung 6 ist der innere Kraftstoff-Verteilerleitungskanal 7 angeordnet und kann mit einer Kraftstoffzufuhr verbunden werden, die mit einer Kraftstoffpumpe verbunden werden würde. Der innere Kraftstoff-Verteilerleitungskanal 7 steht mit dem inneren Kraftstoffzweigkanal 7' in Verbindung, die stromabwärts in Richtung der Einspritzung in die Brennkammer mit im Ventilgehäuse 3 angeordneten Kraftstoffventilkanälen 7" in Verbindung stehen. Zwischen dem Kraftstoffzweig 8 und dem Stützflansch 12 des Ventilgehäuses 3 ist eine Blattfeder oder ein Blattfederstapel 11 angeordnet. Die Kraftstoff-Verteilerleitung 6 ist mittels Befestigungselementen 13 am Zylinderkopf 14 befestigt.
In 2 weisen Bauteile, die bereits in Verbindung mit 1 beschrieben worden sind, die gleichen Bezugszahlen auf. Bei dieser Ausführungsform ist das Rohr 10 mit seinem oberen Ende in die Öffnung 7' eingeführt und mit einem O-Ring 18 dagegen abgedichtet, wobei letzterer in einer Nut im oberen Ende des Rohrs 10 angeordnet ist. Für Dieseldirekteinspritzung kann der O-Ring durch eine verformbare Metalldichtung ersetzt werden. Die Abdichtung am unteren Ende des Rohrs 10 wird auch durch einen O-Ring 18' erreicht, der in einer im Ventilgehäuse 3 angeordneten Nut aufgenommen ist. An diesem unteren ist der Innendurchmesser des Rohrs an den Außendurchmesser des O-Rings 18' angepasst, der in der im Kraftstoffversorgungsflansch 9 des Ventils 2 angeordneten Nut aufgenommen ist. Die zur Aufnahme des Ventils im Zylinderkopf 14 angeordnete Bohrung 16 weist vorzugsweise eine kegelförmige Anschlagfläche 17 auf, an der das Ventil 2 anliegt. Durch Befestigung der Kraftstoff-Verteilerleitung 6 durch das Befestigungselement 13 wird eine Kraft durch den Zweig 8 auf die Spannvorrichtung 11 ausgeübt. Da die Spannvorrichtung 11 am Stützflansch 12 des Rohrs 10 anliegt, wird die Kraft weiter auf das Rohr 10 ausgeübt, und da das Rohr 10 an einem Umfangsrand 19 am Gehäuse 3 des Ventils anliegt, wird dieses in seiner Position in der Bohrung 16 gehalten.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform wird die durch das Befestigungselement 13 ausgeübte Kraft durch das Rohr 10 nicht direkt auf das Ventil 2 ausgeübt. Stattdessen ist ein zylindrischer Injektor-Anschlag 15 koaxial mit dem Rohr 10 angeordnet. Hier liegt die Feder oder der Federstapel an einer geeigneten Fläche des Injektor-Anschlags an, der bei dieser Ausführungsform einen Stützring 12 enthält, welcher in der im Rohr 10 angeordneten Nut eingesetzt ist und dadurch nicht nur die Kraft auf den Injektor-Anschlag ausübt, sondern auch das Rohr 10 in der ordnungsgemäßen Position hält.
Wie bei der Ausführungsform von 4 gezeigt, kann die durch den O-Ring 18' und die Dichtflächen am Zwischenrohr 10 und am Ventilgehäuse 3 gebildete untere Verbindung zwischen dem Rohr und dem Ventilgehäuse durch Halten des O-Rings in einer am Rohr ausgebildeten Nut erreicht werden. Diese Ausführungsvariation kann auch bei der in 2 gezeigten Ausführungsform verwendet werden, bei der die Kraft zum Festhalten des Ventils direkt durch das Rohr ausgeübt wird. Der Injektor-Anschlag 15 liegt vorzugsweise an einem Umfangsrand 19 an, der so ausgeführt ist, dass er einen Sitz am Ventilgehäuse bildet. Dieser Sitz enthält vorzugsweise eine ballige Fläche 19' an einem Teil des Sitzes 19 und eine konische Fläche 19" an dem anderen Teil des Sitzes.

Claims

Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen mit mehreren elektromagnetisch betätigten Kraftstoffeinspritzventilen (2), die ein Ventilgehäuse (3) mit einer Oberseiten-Kraftstoffzufuhröffnung (4) in einem Kraftstoffversorgungsflansch (9) und innere Kraftstoffventilkanäle (7") aufweisen, mit elektrischen Verbindern (5) zur Steuerung des Betriebs der Kraftstoffeinspritzventile (2), mit einer Kraftstoff-Verteilerleitung (6), die einen inneren Kraftstoff-Verteilerleitungskanal (7), der mit einer Kraftstoffzufuhr und einem Kraftstoffablass verbindbar ist, und integral verbundene Zweige (8) aufweist, wobei innere Kraftstoffzweigkanäle (7') mit dem Kraftstoff-Verteilerleitungskanal (7) verbunden sind, mit mit dem Kraftstoff-Verteilerleitungskanal (7) verbundenen inneren Kraftstoffzweigkanälen (7') aufweist, wobei die Zweige (8) mit den Ventilen (2) abdichtend verbindbar sind, die Kraftstoff-Verteilerleitung am Zylinderkopf befestigt ist, und der Kraftstoffversorgungsflansch (9) des Ventils (2) mit einem ersten Ende eines Zwischenrohrs (1) flexibel abdichtend verbunden ist, wobei das zweite Ende des Zwischenrohrs mit dem Zweig (8) flexibel abdichtend verbunden ist, und zwischen der Kraftstoff-Verteilerleitung (6) und dem Ventil (2) durch eine Spannvorrichtung (11) eine Kraft ausgeübt wird und die Spannvorrichtung (11) eine Feder ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zwischen dem Zweig (8) und einem Stützflansch (12) angeordnet ist, der mit dem Zwischenrohr (10) mechanisch verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder zwischen einem Stützrand des Ventilgehäuses (3) und einem Stützflansch (12) angeordnet ist, der mit dem Zwischenrohr (10') mechanisch verbunden ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrohr mit seinem ersten Ende in die inneren Kraftstoffzweigkanäle (7') des Zweigs (8) eingesetzt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrohr an seinem zweiten Ende eine Öffnung aufweist, deren Innendurchmesser zur Aufnahme der Außenfläche des Kraftstoffversorgungsflansches (9) des Ventils (2) ausgeführt ist.
Kraftstoffeinspritzsystem (1) für Brennkraftmaschinen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenrohr an seinem zweiten Ende eine Öffnung aufweist, deren Außendurchmesser zur Aufnahme in der Innenfläche des Kraftstoffversorgungsflansches (9) des Ventils (2) ausgeführt ist.