DE102007061220A1

DE102007061220A1 - Kraftstoffeinspritzleitung

Info

Publication number: DE102007061220A1
Application number: DE200710061220
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Kopf
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2008-10-16

Abstract

Die Entwicklung bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen geht dahin, Kraftstoff für die Verbrennungsmotoren unter immer höheren Drücken zuzuführen, insbesondere unter Drücken von größer als 3000 bar. Es soll eine Einspritzleitung bereitgestellt werden, die derart hohen Drücken standhalten kann. Erfindungsgemäß wird eine Leitung (14) verwendet, die ein Innenrohr (10) aus Metall, insbesondere Stahl, aufweist, das von einer Armierung aus in einem Matrixmaterial (aus Metall, Keramik oder Kunstharz) eingebetteten Fasern (Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Borfasern, Aramidfasern, Glasfasern oder Kunststofffasern) umgeben ist.

Description

Die Erfindung befasst sich mit einer Leitung, über die in einem Kraftfahrzeug einem Verbrennungsmotor Kraftstoff unter hohem Druck zugeführt wird. Üblicherweise ist eine solche Leitung in der Verbindung zwischen einem Kraftstoffbehälter, in dem der Kraftstoff aufgenommen ist, und dem Verbrennungsmotor angeordnet, und zwar wird zwischen Kraftstoffbehälter und Motor der Kraftstoff unter einen vorbestimmten Druck gesetzt. Dieser Kraftstoff soll in den Verbrennungsraum des Motors eingespritzt werden. Dies bedeutet, dass eine zwischen den Mitteln zum Bereitstellen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Druck und den Mitteln zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor (z. B. einer Düse) angeordnete Leitung eben besagten vorbestimmten Druck aushalten muss. Die Entwicklung bei Verbrennungsmotoren führt zur Verwendung von ständig höheren Einspritzdrücken. Bei gegenwärtigen Verbrennungsmotoren beträgt der Einspritzdruck 3000 bar, und eine Steigerung dieses Wertes erscheint notwendig, um eine optimale Verbrennungstechnik verwenden zu können, z. B. damit der Schadstoffausstoß des Verbrennungsmotors möglichst gering ist. Bisher werden als Einspritzleitung einfache Stahlrohre verwendet. Ab einem bestimmtem Druck dehnen sich jedoch die Stahlrohre, und sie können sogar platzen. Durch Erhöhung der Wanddicke der Stahlrohre kann der Grenzwert für den Druck, den das Stahlrohr aushält, erhöht werden. Bei den in Rede stehenden Drücken von über 3000 bar müsste bei einem Stahlrohr die Wanddicke jedoch derart groß werden, dass Kosten und Gewicht des Stahlrohrs unverhältnismäßig groß wären.
Jenseits von einfachen Stahlrohren ist auch die Verwendung von Einspritzrohren, welche aus mehreren Materialien bestehen, bekannt. So beschreibt die DE 4003384 C2 ein Verbundmetallrohr für die Kraftstoffeinspritzung von Dieselmotoren mit einem metallbeschichteten Innenrohr aus rostfreiem Stahl und einem Außenrohr aus Kohlenstoffstahl. Aus der US 2006/0162697 A1 ist die Verwendung eines Einspritzrohrs bekannt, das eine innere Metallschicht und eine äußere Polymerschicht umfasst. Das US-Patent 6,626,152 beschreibt ein Einspritzrohr, das ein Innenrohr aus Polymermaterial sowie eine äußere Schale aus faserverstärktem Material aufweist. Es ist hierbei dargestellt, dass es Aufgabe des Innenrohrs ist, für die Druckbeständigkeit des Systems zu sorgen, und dass die äußere Schale insbesondere stoß- und temperaturbeständig sein soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Verwendung von besonders hohen Drücken, insbesondere von Drücken > 3000 bar in einem Einspritzsystem eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, ohne dass die Einspritzleitung aus Stahl mit zu dicken Rohrwänden hergestellt werden muss. Die Lösung soll vielmehr kostengünstig sein, und das Kraftfahrzeug soll nicht mit einem zu hohen Gewicht belastet werden.
Die Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1, eine Rohrleitung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 und durch die Verwendung einer solchen Rohrleitung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
Erfindungsgemäß umfasst in einem Kraftfahrzeug eine Einspritzleitung ein Innenrohr aus Metall, das von einer Armierung (einem Überzug) aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Fasern (einer sogenannten Faserarmierung) umgeben ist.
Die Faserarmierung ist stabiler als das Metall, sie kann höhere Drücke aushalten. Überschreitet der Druck des durch die Einspritzleitung geleiteten Kraftstoffs eine vorbestimmte Grenze, würde sich an sich das Innenrohr ausdehnen, aber die Armierung wirkt dieser Ausdehnung entgegen, so dass die Einspritzleitung insgesamt druckbeständig bleibt.
Bevorzugte Materialien, die bei der Erfindung verwendet werden, sind in den Patentansprüchen 3 bis 5 genannt.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
1 schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Einspritzleitung zeigt,
2 einen Teil eines Kraftstoffeinspritzsystems eines Kraftfahrzeugs veranschaulicht, in dem eine Einspritzleitung gemäß 1 eingesetzt wird, und
3 einen Detailausschnitt aus 2 zeigt.
Von einer erfindungsgemäßen Einspritzleitung ist in 1 ein geradliniger Abschnitt gezeigt. Die Einspritzleitung umfasst ein Innenrohr 10 aus Stahl, wobei das Innenrohr 10 von einer Faserarmierung 12 überzogen ist. Die Faserarmierung wird durch eine Vielzahl von Fasern gebildet, die in ein Matrixmaterial eingebettet werden. Die Fasern können Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Borfasern, Aramidfasern, Glasfasern oder allgemein Kunststofffasern sein oder auch beliebige Kombinationen dieser Materialien umfassen. Eingebettet werden diese Fasern in ein Matrixmaterial aus Metall, Keramik oder Kunstharz.
Die Fertigung des armierten Faserverbandes kann durch herkömmliche Verfahren erfolgen. So können die Fasern in Längs- und Umfangrichtung laminiert werden, und zwar in verschiedenen Winkeln zueinander, wobei bevorzugt variable Faserdichten und -dicken verwendet werden. Es kann eine Geometrie angeformt werden und das Trägermaterial (die Trägermatrix) dem sogenannten Schritt des Infiltrierens unterzogen werden. Schließlich kann die Faserarmierung auch durch das sogenannte Thixo-Forming angeformt werden.
Die Einspritzleitung dient zum Transport von unter einem hohen Druck von bevorzugt mehr als 3000 bar stehendem Stoff, üblicherweise einem Kraftstoff. Damit es in dem Einspritzsystem keine Schwachstelle gibt, wird eine in 2 gezeigte und dort mit 14 bezeichnete Leitung nach Art der in 1 gezeigten Leitung direkt von einem Flansch 16, der an eine Einrichtung zum Bereitstellen des Kraftstoffs unter dem hohen Druck (z. B. einen Verdichter) unmittelbar angeschlossen ist, zu einer Einspritzdüse 18 des in 2 nicht gezeigten Verbrennungsmotors geführt.
In 2 ist nur ein Teilabschnitt der Leitung 14 mit der Faserarmierung gezeigt. Dies ist jedoch lediglich aus Gründen der Einfachheit der Darstellung erfolgt. Die tatsächliche Leitung 14 ist durchgehend von dem Flansch 16 hin zur Düse 18 aufgebaut wie in 1 dargestellt.
Im Bereich des Flansches 16 ist eine Besonderheit zu beachten: Die Faserarmierung 12 darf nicht zu hohen Pressdrücken von außen ausgesetzt sein. Daher greift der Flansch 16 nicht an der Faserarmierung 12 an, sondern diese endet in einem Endabschnitt 20, während das Innenrohr 10 aus Stahl etwas hervorsteht und eine Angriffsfläche 22 aufweist, an die der Flansch 16 angreifen kann. Die Angriffsfläche 22 ist im wesentlichen konisch ausgebildet.
Eine Einspritzleitung 14 mit dem Aufbau gemäß 1 kann sehr hohe Drücke, nämlich Drücke von höher als 3000 bar aushalten und ist dennoch preisgünstig und hat ein geringes Gewicht. Durch sie wird die Verwendung hoher Drücke in Einspritzsystemen für Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen erleichtert, wenn nicht sogar erst ermöglicht.

10: Innenrohr
12: Faserarmierung
14: Leitung
16: Flansch
18: Einspritzdüse
20: Endabschnitt
22: Angriffsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4003384 C2 [0002]
- US 2006/0162697 A1 [0002]
- US 6626152 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffbehälter und einem Motor, dem über eine Verbindung Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine Leitung (14) umfasst, welche ein Innenrohr (10) aus Metall aufweist, das von einer Armierung (12) aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Fasern umgeben ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (14) zwischen Mitteln zum Bereitstellen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Druck und Mitteln (18) zum Einspritzen von Kraftstoff in den Motor angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Stahl ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Borfasern, Aramidfasern, Glasfasern und/oder Kunststofffasern umfassen.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial Metall, Keramik und/oder Kunstharz umfasst.
Als zu einem Motor führende Einspritzleitung verwendbare Rohrleitung (14) mit einem Innenrohr (10) aus Metall und einer Armierung (12) aus in ein Matrixmaterial eingebetteten Fasern.
Verwendung der Rohrleitung nach Anspruch 6 zum Transport von Stoffen, die unter einem Druck von mehr als 3000 bar stehen.