DE4116540A1

DE4116540A1 - Abzweigverbindung in einer hochdruck-kraftstoffschiene

Info

Publication number: DE4116540A1
Application number: DE4116540A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Hashimoto
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1990-05-22
Filing date: 1991-05-21
Publication date: 1991-11-28
Anticipated expiration: 2011-05-22
Also published as: SE468527B; GB2244532A; JP2529032Y2; JPH0411993U; KR910020360A; FR2662472A1; GB2244532B; SE9101546D0; FR2662472B1; SE9101546L; KR940011853B1; GB9111064D0; US5169182A; DE4116540C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung eines Abzweigelementes, beispielsweise ein Abzweigrohr oder einen Abzweigfitting mit einer Hochdruck-Kraftstoffschiene, beispielsweise einer Hochdruck-Kraftstoffleitung oder eines -blocks und insbesondere eine Abzweigverbindung, die vorgesehen ist, Kraftstoff in einen Benzinmotor einzuspritzen und insbesondere Kraftstoff unter einem Druck von mehr als 1000 kgf/cm² zu einem Dieselmotor zu fördern.

Eine herkömmliche Abzweigverbindung ist beispielsweise in den Fig. 12 und 13 ausgebildet. Eine Hauptleitung 11 weist eine Innenbohrung oder einen Durchgang 12 auf. Eine Anzahl konischer oder bogenförmiger Druckaufnahmeflächen 13 ist in der Umfangswand der Hauptleitung 11 ausgebildet. Ein Abzweigrohr 15 weist ein konisches oder bogenförmiges Ende oder einen Druckkopf 16 auf, der in die korrespondierende Druckaufnahmefläche 13 der Hauptleitung 11 eingreift. Eine Abdichtung 14 ist in Form einer Schale ausgebildet und zwischen der Druckaufnahmefläche 13 und dem Druckkopf 16 angeordnet. Die Abdichtung 14 schließt eine zentrale geradlinige Bohrung 14′ und eine gekrümmte Wand 14′′ ein, die sich nach innen von der zentralen Bohrung 14′ erstreckt. Bei Befestigung des Abzweiges mit der Hauptleitung wird ein Abstand 17 durch die gekrümmte Wand 14′′ der Abdichtung, der Umfangskante der Druckaufnahmefläche 13 und dem Durchgang 12 begrenzt.

Dennoch wird bei einer solchen Verbindung ein hoher Druck von mehr als 1000 kgf/cm² auf die Dichtung 14 ausgeübt, um zwei Komponenten bzw. Teilkräfte P1 und P2 zu erzeugen. Die Komponente P1 ist eine Kraft (Flüssigkeitsdruck × sin R), die ausgeübt wird, um die Dichtung von der Druckaufnahmefläche 13 zu trennen. Diese Kraft in Verbindung mit Vibrationen des Motors veranlaßt den Kraftstoff zwischen die Abdichtung 14 und die Druckaufnahmefläche 13 einzudringen und demzufolge ein Leck in der Hauptleitung zu verursachen.

Unter Berücksichtigung der beim Stand der Technik auftretenden Probleme ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindung zu schaffen, in der die Komponente einer Kraft, die erzeugt wird, wenn ein Hochdruck auf die Dichtung ausgeübt wird, benutzt wird als eine Kraft, um die Dichtung gegen die Druckaufnahmefläche der Hauptleitung zu pressen, um zu verhindern, daß Flüssigkeit dazwischen eintritt und um Leckagen in der Hauptleitung unter Vernachlässigung der Vibration zu verhindern.

Um die Aufgabe zu lösen ist eine Abzweigverbindung für eine Hochdruck-Kraftstoffschiene vorgesehen, die einen Durchgang, durch den Hochdruck-Kraftstoff in axialer Richtung fließt, und eine Anzahl Durchgangsbohrungen aufweist, die in einer Umfangswand des Durchganges ausgebildet sind, und die entsprechende Druckaufnahmeflächen einschließt, die vom Durchgang aus radial nach außen konisch verlaufen, wobei die Abzweigverbindung ein Abzweigelement aufweist, das einen Durchlaß, der mit dem Durchgang der Kraftstoffschiene kommuniziert, und an einem Ende einen Druckkopf einschließt, der mit der Druckaufnahmefläche durch eine schalenförmige Abdichtung in Eingriff ist, um mittels Schraubengewinde das Abzweigelement an der Kraftstoffschiene zu befestigen, wobei die Abdichtung eine zentrale Bohrung aufweist, zumindest die inneren und äußeren Umfangskanten der Bohrung sich in Eingriff mit einer entsprechenden Stirnseitenfläche des Druckkopfes und der Druckaufnahmefläche der Durchgangsbohrung in der Kraftstoffschiene befinden, und wobei ein Winkel zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung in der Abdichtung und der Druckaufnahmefläche geringer als 90 Grad ist. Zusätzlich ist der Winkel zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung und der Stirnseitenfläche geringer als 90 Grad. Die Abdichtung besteht aus Metall und weist zumindest eine Fläche auf, die aus weichem Metall besteht, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die Silber, Indium, Kupfer, Messing und Aluminium enthält.

Mit der vorliegenden derart ausgeführten Erfindung wird ein Hochdruck von mehr als 1000 kgf/cm² ausgeübt, um zwei Teilkräfte zu erzeugen. Eine der Teilkräfte dient dazu, die Abdichtung gegen die Stirnseite des Druckkopfes und insbesondere die Druckaufnahmefläche zu pressen, um dazwischen eine vollständige Abdichtung zu erreichen. Der Kraftstoff wird dadurch gehindert, zwischen die Abdichtung und den Druckkopf und die Druckaufnahmefläche einzutreten, wodurch Leckagen über einen langen Zeitraum verhindert werden.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen die Zeichnungen in:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht einer Abzweigverbindung zur Verwendung in einer Hochdruck-Kraftstoffschiene;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Abdichtung, die in Fig. 1 gezeigt ist;

Fig. 3 eine Schnittansicht der Abdichtung in vergrößertem Maßstab;

Fig. 4a und 4b Ansichten, die das erfindungsgemäße Prinzip zeigen;

Fig. 5 bis 8 Ansichten ähnlich denen zu Fig. 3, die verschiedene Modifikationen der Abdichtung zeigen;

Fig. 9 und 10 vertikale Schnittansichten einer Abzweigverbindung in unterschiedlichen erfindungsgemäßen Ausführungen; und

Fig. 11a eine Perspektivansicht einer Abzweigverbindung gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 11b einer Schnittansicht, die den wesentlichen Teil einer Abzweigverbindung gemäß Fig. 11a zeigt;

Fig. 12 eine Teilschnittansicht einer herkömmlichen Abzweigverbindung;

Fig. 13 einer Teilschnittansicht einer Abdichtung gemäß Fig. 12; und

Fig. 14 eine Ansicht, die die im Stand der Technik auftretenden Probleme zeigt.

In Bezug auf die Fig. 1 bis 8 bezeichnet 1 eine Hochdruck-Hauptleitung, die aus Kohlenstoffstahl, einer Stahllegierung oder rostfreiem Stahl besteht. Die Hauptleitung 1 weist einen relativ geringen Durchmesser von ungefähr 20 mm und eine Dicke von ungefähr 6 mm Dicke auf. Die Hauptleitung 1 schließt einen Durchgang 2 ein. Eine Anzahl konischer Durchgangsbohrungen 3a sind in der Umfangswand der Hauptleitung 1 ausgebildet und weisen korrespondierende Druckaufnahmeflächen 3 auf. Jede Durchgangsbohrung 3a verläuft konisch radial nach außen vom Durchgang 2. Die Durchgangsbohrungen 3a sind mit dem Durchgang 2 verbunden. Ein separates, kurzes Verbindungsteil 4 ist in koaxialer Beziehung zur Druckaufnahmefläche jeder Duchgangsbohrung 3a angeordnet. 5 ist ein Abzweigrohr, das als Abzweigelement ausgebildet ist, das einen Durchgang 20 einschließt. Das Abzweigrohr besitzt an einem Ende einen kegelstumpfförmigen Druckkopf 6. Der kegelstumpfförmige Druckkopf 6 erstreckt sich durch das Verbindungsteil 4 und weist eine Druckfläche 6a auf, die sich in Eingriff mit der korrespondierenden Druckaufnahmefläche 3 befindet. Eine Abdichtung 8 ist in Form einer Schale ausgebildet und zwischen der Druckfläche 6a und der Druckaufnahmefläche 3 ausgebildet. Eine Schraubenmutter 7 ist um das Abzweigrohr 5 durch eine Buchse 28 befestigt. Die Schraubenmutter 7 ist an einer Gewindebohrung 16 des Verbindungsteils 4 angeordnet.

Die Abdichtung 8 besteht aus einem relativ weichen Metall, beispielsweise Silber, Indium, Kupfer, Messung oder Aluminium oder einem beschichteten Metall oder ist mit diesen Metallen platiert. Die Abdichtung 8 weist eine zentrale Bohrung 8′ auf. Bei Befestigung des Abzweiges mit der Hauptleitung werden die innere und die äußere Umfangskante der zentralen Bohrung 8′ in Position gegen eine entsprechende Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 und der Druckaufnahmefläche 3 der Hauptleitung 1, wie in Fig. 3 gezeigt, gebracht. Ein Winkel α, der zwischen der zentralen Bohrung 8′ und der Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 ausgebildet ist, beträgt vorzugsweise weniger als 90 Grad.

Ein solcher Winkel ist aus den Gründen vorgesehen, wie er mit Bezug auf Fig. 4a beschrieben wird. Ein Hochdruck P von mehr als 1000 kgf/cm² wird in einem rechten Winkel zur Fläche der zentralen Bohrung 8′ ausgeübt, um zwei Teilkräfte P1 und P2 zu erzeugen. Die Teilkraft P2 dient dazu, die Abdichtung 8 gegen die Druckaufnahmefläche 3 unter einem Druck von P × sin α zu pressen. Solch eine Kraft veranlaßt die Abdichtung in dichte Berührung mit der Druckaufnahmefläche 3 zu gelangen, um die vollständige Abdichtung zu verbessern. Kraftstoff kann, wenn keine ausreichende Abdichtung vorliegt, zwischen die Abdichtung 8 und die Druckaufnahmefläche 3 eintreten und Leckagen aus Hauptleitung verursachen.

Dies ist auch der Fall mit der Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 und der Abdichtung 8, wie in Fig. 4b gezeigt. In diesem Fall wird die Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 in Berührung mit der Abdichtung 8 unter einem Druck von P × sin β gebracht. In der vorangegangenen Ausführung weist die zentrale Bohrung 8′ eine ebene, konische Wand mit einem Winkel α zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung 6′ und der Druckaufnahmefläche auf und der Winkel β zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung 8′ und der Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 beträgt weniger als 90 Grad. Alternativ dazu kann die zentrale Bohrung 8′zwei oder drei Flächen aufweisen, die winkelig zueinander sind, wie in Fig. 5 oder Fig. 6 gezeigt. In diesen Fällen betragen der Winkel α und der Winkel β weniger als 90 Grad. In einer anderen Alternative kann die zentrale Bohrung 8′ eine bogenförmige Fläche, wie in Fig. 7 gezeigt, aufweisen. In solch einem Fall ist der Winkel α, der zwischen Druckaufnahmefläche 3 und einer imaginären Linie ausgebildet ist, die sich vom Punkt X zwischen der inneren Umfangskante der Abdichtung 8 und der Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 zum Punkt Y zwischen der äußeren Umfangskante der Abdichtung 8 und der Druckaufnahmefläche 3 erstreckt, geringer als 90 Grad. Der Winkel ß, der zwischen der imaginären Linie und der Stirnseitenfläche 6′ des Druckkopfes 6 ausgebildet ist, ist ebenfalls geringer als 90 Grad.

Unter Bezug auf Fig. 8 besitzen der Druckkopf 6 und die Druckaufnahmefläche 3 ein Bogenform. In diesem Fall ist der Winkel, der zwischen dem äußeren Umfang des Druckkopfes 6 oder dem inneren Umfang der Druckaufnahmefläche 6 ausgebildet ist, geringer als 90 Grad. Diese Ausführung fällt ebenfalls in das Wesen der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 ist eine vertikale Schnittansicht, die den prinzipiellen Teil einer anderen Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Ausführung ist das Abzweigelement in Form eines Abzweigfittings 5′ augebildet. Die Hauptleitung dient als Kraftstoffschiene. Der Abzweigfitting wird verwendet, um ein Ineinandergreifen mit anderen Komponenten zu verhindern, wenn ein Abzweigrohr mit großer Krümmung gebogen wird. Der Abzweigfitting kann in Form eines Winkelstückes ausgebildet sein oder kann ein Konstantdruckerventil, ein Dämpfungsventil, ein Förderventil oder ein Ausströmventil einschließen.

In der Ausführung gemäß Fig. 9 dient der Abzweigfitting 5′ als Abzweigelement, das mit der Hauptleitung 1 verbunden ist. Der Abzweigfitting 5′ weist eine kegelstumpfförmigen Druckkopf an einem Ende, wie in der zuvor beschriebenen Ausführung, auf. Der Abzweigfitting 5′ besitzt eine mit Gewinde versehene Wand 25 für den Gewindeeingriff mit einer Gewindebohrung 16 eines Verbindungsteils 4. Der Abzweigfitting 5′ ist dadurch in Eingriff mit der Druckaufnahmefläche 3′ der Hauptleitung 1 durch die Abdichtung 8. Eine Überwurfmutter 24 ist auf das andere Ende des Abzweigfittings 5′ durch eine Buchse 23 verschraubt.

Mit dieser Anordnung kann sich ein Abzweigrohr 5′′ in einer Richtung parallel zur Längsachse der Hauptleitung 1 erstrecken.

Fig. 10 ist eine vertikale Schnittansicht, die einen Hauptteil einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. In dieser Ausführung wird eine Überwurfmutter 26 verwendet, um das Abzweigrohr 5 als ein Abzweigelement mit der Hauptleitung 1 als eine Kraftstoffschiene zu verbinden. Die Überwurfmutter 26 ist zentral ausgerichtet, um einen Vorsprung 27 zu erzeugen. Die Überwurfmutter 26 weist ein Gewinde 26′ an ihrem inneren Umfang auf. Das Verbindungsteil 4 besitzt ein korrespondierendes Gewinde 16′ an seinem äußeren Umfang. Während das Gewinde 26′ der Überwurfmutter in Gewindeeingriff mit dem Gewinde 16′ des Verbindungsteils ist, drückt der Vorsprung 27 auf einen ringförmigen Vorsprung 21a, um die Druckfläche 6a zu veranlassen, in Eingriff mit der Druckaufnahmefläche 3 durch die Abdichtung 8 zu gelangen.

Fig. 11a und 11b sind Ansichten, die einen Kraftstoffblock, der als eine Kraftstoffschiene ausgebildet ist, anstelle der Hauptleitung zeigen. Ein dicker Block 30 weist ein Paar Durchgänge 31 und 32 auf, durch die Hochdruckkraftstoff fließt. Eine Anzahl Befestigungsbohrungen 33a bis 33d und 34a bis 34d sind in dem Block 30 ausgebildet, um mit den entsprechenden Durchgängen 31 und 32 zu kommunizieren. Diese Befestigungsbohrungen 33a bis 33d und 34a bis 34d weisen entsprechende Druckaufnahmeflächen 3 auf, wie in den zuvor genannten Ausführungen. Die Befestigungsbohrungen 33a bis 33d und 34a bis 34d besitzen auch mit Gewinde versehene innere Umfangsflächen.

Wenn der Kraftstoffblock 30 als eine Kraftstoffschiene verwendet wird, ist eine Überwurfmutter 7 mit der mit Gewinde versehenen inneren Umfangsfläche jeder Befestigungsbohrung verschraubt, um das Abzweigelement mit dem Block zu befestigen. Dies ergibt eine Eingriffsanordnung der Druckfläche 6′ des Druckkopfes 6 mit der Druckaufnahmefläche 3 durch die Abdichtung 8.

Mit der erfindungsgemäßen Abzweigverbindung, wie sie insoweit beschrieben ist, wird ein Hochdruck auf die Abdichtung ausgeübt, um zwei Teilkräfte zu erzeugen. Eine der Teilkräfte dient dazu, die Abdichtung 8 gegen den Druckkopf und insbesondere die Druckaufnahmefläche 3 auf Grund der Form der zentralen Bohrung 8′der Abdichtung 8 zu pressen und die innere und äußere Umfangskante der Abdichtung 8 mit dem entsprechenden Druckkopf 6 und der Druckaufnahmefläche 3 in Berührung zu bringen. Dies verbessert im wesentlichen die vollständige Abdichtung und verhindert den Eintritt und die Leckage von Kraftstoff für einen langen Zeitraum, wenn Vibration erzeugt wird infolge des wiederholten Fließens von Hochdruckkraftstoff. Das Abzweigelement kann daher sicher mit der Hauptleitung oder den Kraftstoffblock verbunden werden.

Claims

1. Abzweigverbindung für eine Hochdruck-Kraftstoffschiene, die einen Durchgang (2), durch den Hochdruck-Kraftstoff in axialer Richtung fließt, und eine Anzahl Durchgangsbohrungen (3a) aufweist, die in einer Umfangswand des Durchganges (2) ausgebildet sind und die entsprechende Druckaufnahmeflächen (3) einschließt, die vom Durchgang (2) aus radial nach außen konisch verlaufen, wobei die Abzweigverbindung ein Abzweigelement (5) aufweist, das einen Durchlaß (20), der mit dem Durchgang (2) der Kraftstoffschiene kommuniziert, und an einem Ende einen Druckkopf (6) einschließt, der mit der Druckaufnahmefläche (3) durch eine schalenförmige Abdichtung (8) in Eingriff ist, um mittels Schraubengewinde (7) das Abzweigelement (5) auf der Kraftstoffschiene zu befestigen, wobei die Abdichtung (8) eine zentrale Bohrung (8′) aufweist, zumindest die innere und äußere Umfangskante der Bohrungen (3a) sich in Eingriff mit einer entsprechenden Stirnseitenfläche des Druckkopfes (6) und der Druckaufnahmefläche (3) der Durchgangsbohrung (3a) in der Kraftstoffschiene befinden und wobei ein Winkel (α) zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung (8′) in der Abdichtung (8) und der Druckaufnahmefläche (3) geringer als 90 Grad ist.

2. Abzweigverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) zwischen der Umfangsfläche der zentralen Bohrung (8′) und der Stirnseitenfläche des Druckkopfes (6) geringer als 90 Grad ist.

3. Abzweigverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung (8) aus Metall besteht und zumindest eine Fläche aus weichem Metall aufweist, das aus der Gruppe ausgewählt wird, die Silber, Indium, Kupfer, Messing und Aluminium enthält.