DE10220339A1

DE10220339A1 - Kraftstoffverteilungsrohr für Kraftfahrzeug-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für Common-Rail-Systeme

Info

Publication number: DE10220339A1
Application number: DE10220339A
Authority: DE
Inventors: Eckbert Zander
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2002-05-07
Publication date: 2003-11-27
Also published as: US7004145B2; EP1502022A1; WO2003095826A1; US20050045152A1; JP4008920B2; JP2005530080A; DE50304287D1; EP1502022B1

Abstract

Der Innenraum des gezogenen, gewalzten oder geschmiedeten Rohres (1) bildet einen Hochdruckspeicher (2) mit jeweils über eine Querbohrung (3) angeschlossenen Druckleitungen (4). Der Dichtkörper (7) eines Endverschlusses ist durch ein Kraftübertragungselement (9, 10, 13) mit Gewinde an eine Anlagefläche (8) des Rohres (1) dichtend angepresst. Um axialen Bauraum einzusparen bzw. um die Spannungsverhältnisse zu verbessern, sind der Dichtkörper (7) und das Kraftübertragungselement (10, 13, 18) in axialer Richtung mindestens teilweise parallel zueinander angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffverteilungsrohr für Kraftfahrzeug-Einspritzeinrichtungen, insbesondere für Common-Rail-Systeme, das aus einem gezogenen, gewalzten oder geschmiedeten Rohr besteht, dessen Innenraum einen Hochdruckspeicher zur Aufnahme von Kraftstoff bildet, an das Druckleitungen angeschlossen sind, die jeweils über eine Querbohrung im Rohr in den Innenraum münden, und das mindestens an einer Stirnseite einen Endverschluss mit einem Dichtkörper aufweist, wobei der Dichtkörper durch ein Kraftübertragungselement mit Gewinde an eine angepasste Anlagefläche des Rohres dichtend angepresst ist.

Ein derartiges Kraftstoffverteilungsrohr ist bereits aus der EP 0 866 221 A1 bekannt. Eine Stirnseite des bekannten Verteilerrohres - die andere Stirnseite dient üblicherweise dem Anschluss an eine Hochdruckpumpe - ist durch einen zum Innenraum hin insbesondere ballig oder kugelförmig ausgeformten Dichtkörper verschlossen, der durch einen axial in Reihe dazu angeordneten Gewindestopfen an eine Anlagefläche im Kraftstoffverteilungsrohr dichtend angepresst wird.

In der Kraftfahrzeugtechnik werden insbesondere für Dieselmotoren zunehmend Einspritzsysteme eingesetzt, in deren Leitungssystem ein statisch komprimierter Kraftstoff bei Betriebsdrücken von weit über 1.000 bar bereitgestellt werden soll. Auf Grund der hohen Drücke sind die Anforderungen hinsichtlich Materialfestigkeit und Dichtigkeit an das Leitungssystem, insbesondere an den als Hochdruckspeicher fungierenden Kraftstoffverteiler (Rail) sehr hoch.

Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird das Kraftstoffverteilungsrohr konventionell aus einem Schmiedestück hergestellt, an das Anschlussverbindungen zur Befestigung von Druckleitungen angeformt werden. Die Verteilerwege werden durch Bohrungen geschaffen, d. h. es ist eine Längsbohrung eingebracht, in die durch die Anschlussverbindungen geführte Querbohrungen münden. Bei einem gezogenen oder gewalzten Kraftstoffverteilungsrohr kann der Innenraum (die Längsbohrung) wesentlich einfacher gefertigt werden. Gegenüber einem geschmiedeten und aufgebohrten Kraftstoffverteiler ergibt sich außerdem eine höhere Festigkeit des Rohres trotz geringerer Wandstärken.

Im Kraftstoffverteilungsrohr treten die höchsten mechanischen Spannungen an der Bohrungsverschneidung zwischen Längsbohrung und Querbohrung auf. Diese hohen Spannungen an den jeweiligen Verschneidungskanten werden üblicherweise durch die vektorielle Überlagerung der bei Innendruckbelastung entstehenden Umfangsspannungen erklärt. In diesem Zusammenhang ist es aus der obengenannten EP 0 866 221 A1 bekannt, die Festigkeit des Rohres durch eine Innenbearbeitung der Oberfläche zu erhöhen. Dadurch wird die aus der mechanischen Bearbeitung (Einbringen der Einsteck- bzw. Querbohrungen) sich ergebende Kerbwirkung reduziert und eine Kantenabrundung im Übergangsbereich der Einsteck- bzw. Querbohrungen mit der Innenwand erreicht, was gleichfalls eine Minderung der - bei Innendruckbelastung an der Bohrungsverschneidung auftretenden - Kerbwirkung zur Folge hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das eingangs genannte Kraftstoffverteilungsrohr so weiterzuentwickeln, dass eine Optimierung der Spannungsverhältnisse an den Verschneidungskanten ermöglicht ist. Insbesondere sollen die mit den konstruktiven Verhältnissen insgesamt einhergehenden problematischen Spannungen an den Verschneidungskanten auch bei gegebenem Bauraum verringerbar sein.

Diese Aufgabe wird bei einem Kraftstoffverteilungsrohr der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Dichtkörper und das Kraftübertragungselement in axialer Richtung mindestens teilweise parallel zueinander angeordnet sind. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Der Erfindung liegt zunächst die Überlegung zugrunde, dass den aus dem Innendruck resultierenden mechanischen Spannungen noch weitere Spannungen überlagert sein können. Zum einen sind dies Spannungen, die aus der Dichtkraft an der Anschlussverbindung einer Druckleitung resultieren, zum anderen Spannungen, die aus der Dichtkraft am Endverschluss kommen. Die weitere Überlegung ergibt, dass die von einer Anschlussverbindung ausgehenden Spannungen betragsmäßig gering sind und durch einen genügend großen Abstand zwischen der dortigen Anpressfläche und der Verschneidungskante gering gehalten werden können. Bei den üblichen Wandstärken der Kraftstoffverteilungsrohre wirkt dieser Spannungsanteil derzeit nicht limitierend. Als signifikant hat sich jedoch der vom Endverschluss herrührende Spannungsanteil herausgestellt. Er könnte grundsätzlich durch eine Verringerung der Dichtkraft verringert werden, was aus Sicherheitsgründen praktisch aber nicht möglich ist. Eine Vergrößerung des Abstandes zwischen Dichtfläche und nächstgelegener Verschneidungskante scheint sich somit als bessere Alternative anzubieten. Bei vorgegebener Anschlussposition für die Druckleitung würde dies jedoch zwangsläufig zu einer Verlängerung des Kraftstoffverteilungsrohres führen.

Erfindungsgemäß werden Dichtkörper und Kraftübertragungselement deshalb nicht axial in Reihe, sondern mindestens teilweise parallel angeordnet, um axialen Bauraum einzusparen. Bei gegebenem Bauraum gelingt es somit, den Abstand zwischen der Anlagefläche des Dichtkörpers und der Verschneidungskante der benachbarten Querbohrung zu vergrößern und dadurch die vom Endverschluss an der kritischen Stelle des Rohres - der nächstgelegenen Verschneidungskante - verursachten Spannungen zu verringern. Andererseits eröffnet sich, bei Inkaufnahme der bisherigen Spannungen, sogar die Möglichkeit, die axiale Baulänge des Kraftstoffverteilungsrohres zu verringern.

Eine bevorzugte, einfach herzustellende und zu montierende Ausführungsform lässt sich dadurch erreichen, dass das Kraftübertragungselement als Gewindekappe ausgebildet und auf ein Rohr-Außengewinde aufgeschraubt oder in ein Rohr-Innengewinde eingeschraubt ist, und dass der Kappenboden der Gewindekappe an der von der Anlagefläche abgewandten Seite des Dichtkörpers anliegt.

In den folgenden Ausführungsbeispielen wird das Kraftstoffverteilungsrohr anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Kraftstoffverteilungsrohr gemäß dem Stand der Technik in geschnittener Seitenansicht,
Fig. 2, in gleicher Darstellung, ein erfindungsgemäßes Kraftstoffverteilungsrohr,
Fig. 3A und 3B, in gleicher Darstellung, weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines bekannten Kraftstoffverteilungsrohres, das im wesentlichen der Ausführung gemäß Fig. 10 in der obengenannten EP 0 866 221 A1 entspricht. Der Kraftstoffverteiler besteht aus einem gezogenen oder gewalzten Rohr 1. Der Innenraum (die "Längsbohrung") des Rohres 1 bildet einen Hochdruckspeicher 2, in den Querbohrungen 3 münden, die jeweils mit einer Druckleitung 4 in Verbindung stehen. Die Druckleitungen 4 sind jeweils mit einer Anschlussverbindung 5 an das Rohr 1 angeschlossen. Der Durchmesser der Querbohrung 3 entspricht in etwa dem lichten Durchmesser der Druckleitung 4, so dass praktisch diese unmittelbar in den Hochdruckspeicher 2 mündet. Zu jeder Druckleitung 4 gehört also eine im Rohr 1 radial verlaufende Querbohrung 3. An der Bohrungsverschneidung zwischen der Längsbohrung und der Querbohrung 3 ist eine Verschneidungskante 6 gebildet.
An der in Fig. 1 erkennbaren rechten Stirnseite des Rohres 1 ist dieses mit einem Endverschluss versehen. Dieser besteht im wesentlichen aus einem kugelförmigen Dichtkörper 7, der an einer entsprechend angepassten Anlagefläche 8 im Inneren des Rohres 1 dichtend anliegt. Es ist erforderlich, den Dichtkörper 7 an der Anlagefläche 8 durch einen Gewindestift 9 so festzusetzen, dass ein dichter Verschluss 16 des Hochdruckspeichers 2 auch unter Berücksichtigung der darin herrschenden hohen Drücke gewährleistet ist. Der dichte Verschluss 16 kann, wie in Fig. 1 angedeutet, durch eine leichte Anpassung von Dichtkörper 7 und Gewindestift 9 im Sinne eines Toleranzausgleichs unterstützt werden. Der Gewindestift 9 kann mit Hilfe einer für ein Schraubwerkzeug vorgesehenen Einstecköffnung 17 eingeschraubt werden.
Dargestellt in Fig. 1 ist diejenige Anschlussverbindung 5, und damit auch die Verschneidungskante 6, welche der Anlagefläche 8 am nächsten liegt. Auf Grund der Anordnung des Gewindestifts 9 und des Dichtkörpers 7 axial hintereinander ist die Anlagefläche 8 relativ weit im Inneren des Rohres angeordnet und damit auch in relativer Nähe zur Verschneidungskante 6, die deshalb in hohem Maße den für sie ungünstigen Wirkungen der Dichtkraft ausgesetzt ist, die von der Anlagefläche 8 ausgehen.
Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoffverteilungsrohr, bei dem der Endverschluss des Rohres 1 durch einen Dichtkörper 7 gewährleistet wird, der durch eine Gewindekappe 10 festgelegt ist. Die Gewindekappe 10 weist an ihren Flügeln, genauer: an der Innenseite ihres zylindrischen Teils, ein Innengewinde auf, während das Rohr 1 ein entsprechendes Außengewinde 11 aufweist. Der Dichtkörper 7 liegt unmittelbar, gegebenenfalls mit Toleranzausgleich, am Kappenboden 12 der Gewindekappe 10 an. Die Flügel der Gewindekappe 10erstrecken sich außerhalb des Rohres 1, wie erkennbar, über einen wesentlichen Teil der axialen Ausdehnung des Dichtkörpers 7. Das Material und die Stärke des Kappenbodens 12 können in Abhängigkeit von den konkreten Gegebenheiten gewählt werden.
Durch die teilparallele Anordnung von Dichtkörper 7 und Kraftübertragungselement 10 in Fig. 2 kann axialer Bauraum gespart werden. Der Längenunterschied zwischen der Stärke des Kappenbodens 12 und der Länge des bisherigen Gewindestiftes 9 gemäß Fig. 1 entspricht der Einsparung an axialer Baulänge bzw. dem Potenzial der Abstandsvergrößerung zwischen der Anlagefläche 8 und der Verschneidungskante 6. Einerseits ist demnach erfindungsgemäß eine Spannungsverringerung an der Verschneidungskante 6 bei gleicher axialer Baulänge des Kraftstoffverteilungsrohres möglich; andererseits ist eine absolute Verringerung der axialen Baulänge bei gleichen Spannungen realisierbar. Diese beiden Vorteile sind, in mehr oder weniger starker relativer Ausprägung, auch kombinierbar.
In einer Abwandlung kann der Kappenboden 12 einstückig mit der von der Anlagefläche 8 abgewandten Seite des Dichtkörpers 7 verbunden sein. Generell kann der Dichtkörper 7 nicht nur, wie in den Figuren dargestellt, als mit geringem Aufwand herstellbare Dichtkugel ausgeführt sein, sondern beispielsweise auch mit einer zum Innenraum hin ballig oder kugelförmig ausgeformten ersten Stirnseite und mit einer zum Kraftübertragungselement 10 hin flach ausgeführten zweiten Stirnseite. Dadurch kann gegebenenfalls weiterer axialer Bauraum eingespart werden. Ebenfalls generell kann vorteilhafterweise ein mit geringem Aufwand herstellbares, kaltgeschlagenes Kraftübertragungselement Verwendung finden.
Die Erfindung ist im übrigen nicht auf die in Fig. 2 dargestellte Gewindekombination: Rohr-Außengewinde/Kraftübertragungselement-Innengewinde beschränkt. Beispielsweise kann das Kraftübertragungselement, wie in Fig. 3A gezeigt, als Gewindestopfen 13 mit einer dichtkörperseitigen Ausnehmung 14ausgebildet und in ein Rohr-Innengewinde 15 eingeschraubt sein. Dabei ist der Dichtkörper 7 bauraumsparend mit einem Teil seiner axialen Länge in die Ausnehmung 14 aufgenommen, die dichte Höhe wird also in diesem Falle vom Gewindestopfen 13 regelrecht umschlossen. Die Ausführung gemäß Fig. 3B, bei der die Gewindekappe 18 in ein Rohr-Innengewinde eingeschraubt ist, unterscheidet sich vor allem in geometrischer Hinsicht (größerer Radius) von der Ausführung gemäß Fig. 3A.
Nicht dargestellt in den Fig. 2, 3A und 3B sind die zur Krafteinleitung beim Einschrauben des Kraftübertragungselementes 10, 13, und 18 notwendigen Öffnungen bzw. Flächen. Beispielsweise können, an den Flügeln der Gewindekappe 10, 18, äußere Schlüsselflächen oder es kann eine rückseitige Einstecköffnung, ähnlich wie in Fig. 1, vorgesehen sein.

Claims

1. Kraftstoffverteilungsrohr für Kraftfahrzeug- Einspritzeinrichtungen, insbesondere für Common-Rail-Systeme,

- das aus einem gezogenen, gewalzten oder geschmiedeten Rohr (1) besteht, dessen Innenraum einen Hochdruckspeicher (2) zur Aufnahme von Kraftstoff bildet,

- an das Druckleitungen (4) angeschlossen sind, die jeweils über eine Querbohrung (3) im Rohr (1) in den Innenraum münden,

- und das mindestens an einer Stirnseite einen Endverschluss mit einem Dichtkörper (7) aufweist, wobei der Dichtkörper (7) durch ein Kraftübertragungselement (9, 10, 13) mit Gewinde an eine angepasste Anlagefläche (8) des Rohres (1) dichtend angepresst ist,

dadurch gekennzeichnet,
dass der Dichtkörper (7) und das Kraftübertragungselement (10, 13, 18) in axialer Richtung mindestens teilweise parallel zueinander angeordnet sind.

2. Kraftstoffverteilungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement als Gewindekappe (10) ausgebildet und auf ein Rohr-Außengewinde (11) aufgeschraubt oder in ein Rohr-Innengewinde eingeschraubt ist, und dass der Kappenboden (12) der Gewindekappe (10) an der von der Anlagefläche (8) abgewandten Seite des Dichtkörpers (7) anliegt.

3. Kraftstoffverteilungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement als Gewindekappe (10) ausgebildet und auf ein Rohr-Außengewinde (11) aufgeschraubt ist, und dass der Kappenboden (12) einstückig mit der von der Anlagefläche abgewandten Seite des Dichtkörpers (7) verbunden ist.

4. Kraftstoffverteilungsrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement als Gewindestopfen (13) mit einer dichtkörperseitigen Ausnehmung (14) ausgebildet und in ein Rohr-Innengewinde (15) eingeschraubt ist, und dass der Dichtkörper (7) mit einem Teil seiner axialen Länge in die Ausnehmung (14) aufgenommen ist.

5. Kraftstoffverteilungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtkörper (7) als Kugel oder mit einer zum Innenraum hin ballig oder kugelförmig ausgeformten Stirnseite ausgebildet ist.

6. Kraftstoffverteilungsrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (10, 13) aus kaltgeschlagenem Stahl besteht.