CN1317079A - 用于内燃机喷油系统的连接管及具有预紧焊接连接管的壳体,特别是高压燃料存储装置 - Google Patents

用于内燃机喷油系统的连接管及具有预紧焊接连接管的壳体,特别是高压燃料存储装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种用于内燃机喷油系统的连接管(1)及具有焊接连接管(1)的壳体(2)，特别是一种高压燃料存储装置，其中在壳体(2)和连接管(1)之间设置有在空间上与焊缝(3)分开的密封面。

Description

用于内燃机喷油系统的连接管及具有预紧焊接连 接管的壳体，特别是高压燃料存储装置
现有技术
本发明涉及一种权利要求1前序部分所述的连接管及一种用于内燃机喷油系统的、权利要求9前序部分所述的壳体，特别是一种高压燃料存储装置，和一种与其连接的连接管，以及一种用于将连接管与权利要求9前序部分所述壳体连接的方法。
喷油系统的不同结构组件，例如高压燃料存储装置、高压燃料泵和喷油嘴通常是通过液压管线相互连接的。通常借助一个装到液压管线上的紧固螺母对这种连接进行密封，该紧固螺母旋紧在一个与相应结构组件的壳体保持液密连接的连接管上。特别是该高压燃料存储装置具有许多这样的连接管，通过这些连接管例如能够向存储装置供给燃料并且能够从存储装置排出燃料。
已知一些焊接在壳体上的连接管。已知的焊接设计的缺点是焊缝具有两种功能。第一，它要在壳体和连接管之间形成液密连接，第二，它要传递作用在连接管和壳体之间的力。特别，在现代喷油系统中，由于工作压力增高而在焊缝中引起了拉应力的增高。
已知的焊接设计的另一个缺点是，在焊接过程中，飞溅物或焊接料堆可能到达管线或壳体的高压区域内，这可能导致喷油系统的功能故障。
本发明的任务在于提供一种接连管及一种壳体和一种与该壳体连接的连接管，所述壳体使壳体和连接管的高压区域可靠地与周围环境密封隔离并且在此可以可靠地保护高压区域不会受到在两个结构件的连接过程中可能出现的颗粒的损害。
根据本发明，完成这一任务将通过一个用于内燃机喷油系统的连接管，该连接管具有一个在纵轴线方向延伸的通孔，连接管的第一端设置有一个与通孔同心的轴环，而其第二端则设置有一个用于高压管路的密封面和用于连接高压管路和连接管的连接装置，在此，所述连接管在其第一端具有一个与通孔同心布置的夹紧件，在其背向连接管的第一端的端部上设置有一个密封面。
在根据本发明的连接管中，在用于将连接管轴向固定在壳体壁中的轴环和密封面之间设置有一个夹紧件。通过这种在空间上将连接管的“固连”与“密封”功能分开，不仅能够最佳地构型密封面而且还能够最佳地构造连接管与壳体的连接。
此外，将密封面与连接面分开，避免了在连接过程中出现的焊接飞溅物或金属屑可能到达连接管、壳体或高压管路的高压区域内。
本发明的一种结构在于，所述夹紧件在纵轴线方向向外伸出超过轴环，这样可以保持连接管的外径很小并且能使夹紧件的弹簧变化率(Federrate)很高。
在连接管的另一种变化形式中，夹紧件具有一个第一和一个第二部分，在此第一部分从连接管的第一端向连接管的第二端方向延伸，而第二部分则布置成与所述第一部分同心并且向相反的方向延伸。由此使连接管的结构长度变小并且可以实现较小的弹簧变化率。此外还使连接管与之连接的壳体内的应力集中减小，因为壳体的密封面可以布置在其表面附近。
在本发明的另一种结构中，所述密封面是截锥形的，这样喷油系统的工作压力使得在连接管和壳体的密封面之间表面压力增高。由此进一步改善密封性。
此外还设有一个环形表面形式的密封面，这样简化了连接管的制造和随后的测量。
在本发明的补充结构中，夹紧件的外径至少部分小于密封面的直径，这样在连接管与壳体接合时，该夹紧件在其纵轴线方向上出现了向内的变形。这种弹性或塑性变形导致的结果是，喷油系统的工作压力使密封面的表面压力增高并且因此使密封性进一步提高。
在本发明的另一种实施形式中，所述夹紧件的第一部分可以相对于第二部分向夹紧件的密封面方向移动，这样，高压管路和连接管的连接装置用以将高压管路压靠到在连接管第二端上的密封面上的力至少部分地产生了在壳体和连接管之间的密封面上的附加的表面应力。
在另一种实施形式中，在连接管的纵轴线方向投影到由轴环所封闭的面积上的夹紧件的密封面位于由轴环所封闭的面积内。这导致的结果是，因为有效面积减小了，从而使得由喷油系统的工作压力所引起的并作用到连接管与壳体的连接部分的压力减小。这在两方面都是有利的。由于面积取决于直径的平方，因此压力超比例(Ueberproportional)减小。此外连接管与壳体的连接部分增高负荷的幅度也逐渐减小，这样，还提高了连接部分的耐久性。
完成开头所述任务还通过一种用于内燃机喷油系统的壳体，特别是一种高压燃料存储装置，和一个带有通孔的、与壳体流体密封连接的连接管，在此，壳体内部通过一个在壳体中的孔与通孔实现液压连接，并且，壳体和连接管的连接装置与将壳体和连接管连接部分密封的密封装置在空间上是分开的。
通过在空间上将“固连”与“密封”功能分开，能够在设计上和制造技术上分别最佳地构型。此外还消除了(与焊缝还要承担与周围环境隔开的密封作用的现有技术相反)当燃料到达焊缝范围内时由工作压力引起的应力集中。另外通过将“固连”与“密封”功能分开，还几乎排除了在连接管与壳体的连接过程中对密封面的损坏。
本发明的一种结构在于，在连接管的第一端设置有一个与通孔同心的轴环，并且所述连接管在其第一端具有一个与通孔同心布置的夹紧件，在其背向连接管的第一端的端部上设置有一个密封面，并且壳体的孔在其朝向连接管的端部具有一个同心的环形面和一个同心的凹部，环形面的直径与轴环的直径相对应，在凹部的底部有一个与连接管的密封面相对应的密封面，并且当壳体与连接管不连接时，密封面与环形面的轴向距离小于密封面与轴环的轴向距离。这种结构的优点在于，密封面布置在壳体的凹部中从而可以特别好地保护其不受损坏。此外，由于一方面是密封面与环形面的轴向距离而另一方面是密封面与轴环的轴向距离的差值，所以在连接过程中，能够形成夹紧件的预紧并且也因此能够在密封面上形成贴合压力。根据上述差值的大小及弹簧变化率的大小，可以使贴合压力适合于工作条件。
在本发明的另一种结构中，在连接管的第一端设置有一个与通孔同心的轴环，并且在连接管的第二端具有一个用于高压管路的密封面和用于连接高压管路和连接管的连接装置，并且所述连接管在其第一端具有一个与通孔同心布置的夹紧件，在其背向连接管的第一端的端部上设置有一个密封面，并且所述夹紧件具有一个第一和一个第二部分，在此第一部分从连接管的第一端向连接管的第二端方向延伸，而第二部分则布置成与所述第一部分同心并且向相反的方向延伸，并且壳体的孔在其朝向连接管的端部具有一个同心的环形面和一个同心的凹部，环形面的直径与轴环的直径相对应，在凹部的底部有一个与连接管的密封面相对应的密封面，并且当壳体与连接管不连接时，密封面与环形面的轴向距离小于密封面与轴环的轴向距离。在这种变化形式中，连接管的结构长度特别短。此外夹紧件的弹簧变化率很低，这样便可精确地调节预紧力。另外所述凹部在壳体中非常平，因此应力集中很小。
另一种变化形式在于，在连接管的第一端设置有一个与通孔同心的轴环和一个密封面，并且壳体的孔在其朝向连接管的端部具有一个同心的环形面和一个同心的凹部，所述环形面的直径与轴环的直径相对应，在所述凹部的底部有一个密封面，并且在连接管的密封面和壳体的密封面之间布置有一个设有一个通孔的夹紧件，该夹紧件在其端部具有与连接管和壳体的密封面相对应的密封面，并且当连接管的轴环贴靠在壳体的环形面上时，所述夹紧件的长度长于连接管和壳体的密封面的轴向距离。由于该夹紧件是一个独立的结构件，因此通过选择材料和制造方式便可以最佳地使其适合于所需条件。
在本发明的一种结构中，在分解状态下，夹紧件密封面的锥角大于壳体密封面的锥角。这样，在连接管与壳体的连接过程中施加预紧力时，密封面的外侧区域首先以高的表面压力相互压靠在一起。这样所具有的优点是，在相同的预紧力情况下，尽管有细小的加工误差，还是能获得更高的表面压力，并且有一个力矩作用到所述夹紧件上，该力矩使夹紧件在通孔的纵轴方向上发生变形。这种变形导致的结果是，工作压力使密封面的表面压力进一步提高。
在根据本发明的一种实施形式中，所述连接管与壳体通过焊接进行连接。这种壳体具有已知焊接结构的优点，例如制造简单便宜，而不具有其缺点。另外，由于夹紧件的预紧作用，在焊接完成之后，在连接管和壳体的密封面之间的预紧作用会持续存在。在空间上分开密封面与焊缝避免了焊接飞溅物进入到壳体、连接管或高压管路的高压区域内。最终消除了由工作压力下的燃料到达焊缝上可能引起的应力集中。
在另一种实施形式中，在连接管的纵轴线方向投影到由轴环所封闭面积上的夹紧件密封面位于由轴环所封闭的面积内，并且，壳体的在孔的纵轴线方向投影到由环形面所封闭的面积上的密封面位于由环形面所封闭的面积内。这导致的结果是，由喷油系统的工作压力所引起的并作用到连接管与壳体的连接部分的压力减小，因为燃料的工作压力所作用的面积小于当燃料充满焊缝范围内的空间时的作用面积。这在两方面都是有利的。由于面积取决于直径的平方，因此压力超比例(Ueberproportional)减小。此外连接管与壳体的连接部分增高负荷的幅度也逐渐减小，这样，还另外提高了连接部分的耐久性。
此外完成本发明的任务还通过一种用于接合壳体与连接管的接合方法，所述壳体特别是一种高压燃料存储装置，其中包括下列步骤：
-将夹紧件插入到壳体的凹部中，
-将夹紧件预紧，
-在预紧状态下焊接壳体和连接管，和
-保持预紧状态，直到焊缝冷却到能够传递预紧力为止。
这种方法实施简单，并且用这种方法制造的产品具有上述的所有优点。
本发明的其他优点和优选结构可以从下面的说明书、附图和权利要求书中得到。在附图中描述了本发明技术主题的实施例，下面将对其进行详细的阐述。其中：
图1是本发明的连接管及壳体的第一实施例的纵剖面视图；
图2是本发明的连接管及高压燃料存储装置的第二实施例的纵剖面视图；和
图3是图2所述实施形式的连接管在预紧状态下的焊接情况。
在图1中描述了本发明连接管1的第一种实施形式。该连接管1与壳体2的侧壁焊接在一起。焊缝3是环形的并且可以通过不同的焊接方法形成。该连接管1的任务是使壳体2的内部4与一个高压管路5之间形成液压连接。因此，该壳体2具有一个孔6，该孔与连接管1的一个通孔7相连。与现有技术一样，连接管1与高压管路5的螺纹连接借助一个紧固螺母8实现。
在连接管1的与紧固螺母8相反的端部上具有一个轴环9。这个轴环9在其贴靠到壳体2的相应环形面10上时，在连接管1的纵轴线方向上起的是止挡的作用。由此在焊接过程中，可以确定连接管1相对于壳体2的位置。连接管1的一个夹紧件12插入到壳体2的一个凹部11中。该夹紧件12的外径可以这样确定，以致该连接管可以通过该夹紧件12而在所述凹部11中对中。该夹紧件12在其端部具有一个截锥形密封面13。该密封面13紧贴在壳体12的一个密封面14上。这样可以确保在连接管1和壳体2之间的空腔15不会充满燃料，从而不会有相应的压力作用到焊缝3上。
由于连接管1与壳体2被这样焊接，即，使夹紧件在轴向实现预紧，因此，该夹紧件12在所示的图中发生了向内的变形。夹紧件的这种变形导致的结果是，通孔7中的内压力使密封面13和14之间的贴合力增高。此外，在焊接之后，还可以通过测量孔7的直径来检测在密封面13和14之间是否有足够的预紧力。
为了保证夹紧件12具有向内的控制变形，有多种可行的途径。例如可以使夹紧件12的外径小于密封面13的直径或者可以考虑通过选择密封面13和14的锥角，通过预紧力来形成一种能引起所需变形的弯矩。这种情况例如是当密封面13的锥角在非预紧状态下大于密封面14的锥角的情况。此外锥角的差别必须这样确定，即，当施加总预紧力而使轴环9贴靠在环形面10上时，可以保证在壳体的密封面14和夹紧件12的密封面13之间的密封。
图2中描述了本发明连接管1的第二种实施形式。所使用的参考符号与图1中的相同。图1和2的实施形式的不同特别在于连接管1和壳体2的连接以及夹紧件12。
在图2的左侧描述了一种实施形式，其中连接管1通过其轴环9与壳体2焊接在一起。
在图2的右侧描述了一种变化形式，其中轴环9和焊缝3在空间上是分开的。在连接管1和壳体2的这种连接结构中，轴环9贴靠在环形面10上。在轴环9的上侧，借助一个焊接环16使连接管1和壳体2通过焊缝3形成可最大负载的连接。正如在图2右侧所示的那样，该轴环9可以使连接管1相对于孔6对中。
在本实施形式中，夹紧件12具有一个第一受拉部分17和一个第二受压部分18。夹紧件12的预紧与图1所示实施例中的类似，即，在轴环9贴靠在环形面10上之前，密封面13紧贴在壳体2的密封面14上。当轴环9压靠到环形面10上时，在夹紧件12中就形成了预紧，这种预紧在密封面13和14之间形成了所需的表面压力。基于由第一部分17和第二部分18的长度组合在一起的夹紧件12的总长度很大，因此其弹簧变化率相对很小。这在要求保持精确的预紧力的个别情况下是很有利的。
在所示的实施例中也可以看到，紧固螺母8用以将高压管路5压靠到连接管1的密封面19上的力在夹紧件12的第二部分18内延伸并且使密封面13和14之间的贴合压力进一步增高。当连接第一和第二部分17和18的过渡区20很软时，这一效果会得到加强。
图3中所描述的是如何可以使连接管1和壳体2实现连接。与图2类似，图3的右侧和左侧也分别具有不同的构造结构。还可以看到一个冲头21，借助该冲头将连接管1压到壳体2上，直到轴环9紧贴到环形面10上为止。在图3的左边部分描述的是一个带有对中顶头22的冲头21，而在图3的右侧描述的则是一个不带对中装置的冲头21。
在说明书、下面的权利要求书和附图中所描述的所有特征不仅单独一项是本发明的主要内容，而且其任意的相互组合也同样是本发明的主要内容。

Claims (16)

1．一种用于内燃机喷油系统的连接管(1)，具有一个在纵轴线方向延伸的通孔(7)，连接管(1)的第一端设置有一个与通孔(7)同心的轴环(9)，而其第二端则设置有一个用于高压管路(5)的密封面(19)和用于连接高压管路(5)和连接管(1)的连接装置(8)，其特征在于：所述连接管(1)在其第一端具有一个与通孔(7)同心布置的夹紧件(12)，在其背向连接管(1)的第一端的端部上设置有一个密封面(13)。
2．根据权利要求1的连接管(1)，其特征在于：所述夹紧件(12)在纵轴线方向向外伸出超过轴环(9)。
3．根据权利要求1的连接管(1)，其特征在于：所述夹紧件(12)具有一个第一和一个第二部分(17、18)，其中，第一部分(17)从连接管(1)的第一端向连接管(1)的第二端方向延伸，而第二部分(18)则布置成与所述第一部分(17)同心并且向相反的方向延伸。
4．根据权利要求1到3之一的连接管(1)，其特征在于：所述密封面(13)是截锥形的。
5．根据权利要求1到3之一的连接管(1)，其特征在于：所述密封面(13)具有环形面形状。
6．根据前述权利要求之一的连接管(1)，其特征在于：所述夹紧件(12)的外径至少部分小于密封面(13)的直径。
7．根据权利要求3到6之一的连接管(1)，其特征在于：所述夹紧件(12)的第一部分(17)可以相对于第二部分(18)向夹紧件(12)的密封面(13)方向移动。
8．根据前述权利要求之一的连接管(1)，其特征在于：夹紧件(1)的在连接管(1)的纵轴线方向投影到由轴环(9)所封闭的面积上的密封面(13)位于由轴环(9)所封闭的面积内。
9．一种用于内燃机喷油系统的壳体(2)，特别是一种高压燃料存储装置，它具有一个带有通孔(7)的、与壳体(2)流体密封连接的连接管(1)，其中，壳体内部(4)与通孔(7)通过一个在壳体(2)中的孔(6)保持液压连接，其特征在于：用于连接壳体(2)和连接管(1)的连接装置(3)与用于密封壳体(2)和连接管(1)连接部分的密封装置(13、14)在空间上是分开配置的。
10．根据权利要求9的壳体(2)，其特征在于：在连接管(1)的第一端设置有一个与通孔(7)同心的轴环(9)，并且所述连接管(1)在其第一端具有一个与通孔(7)同心布置的夹紧件(12)，在其背向连接管(1)的第一端的端部上设置有一个密封面(13)，并且壳体(2)的孔(6)在其朝向连接管(1)的端部具有一个同心的环形面(10)和一个同心的凹部(11)，环形面的直径与轴环(9)的直径相对应，在凹部的底部有一个与连接管(1)的密封面(13)相对应的密封面(14)，并且当壳体(2)与连接管(1)不连接时，密封面(14)与环形面(10)的轴向距离小于密封面(13)与轴环(9)的轴向距离。
11．根据权利要求9的壳体(2)，其特征在于：在连接管(1)的第一端设置有一个与通孔(7)同心的轴环(9)，并且在连接管的第二端具有一个用于高压管路(5)的密封面(19)和用于连接高压管路(5)和连接管(1)的连接装置(8)，并且所述连接管(1)在其第一端具有一个与通孔(7)同心布置的夹紧件(12)，在其背向连接管(1)的第一端的端部上设置有一个密封面(13)，并且所述夹紧件(12)具有一个第一和一个第二部分(17、18)，在此第一部分(17)从连接管(1)的第一端向连接管(1)的第二端方向延伸，而第二部分(18)则布置成与所述第一部分(17)同心并且向相反的方向延伸，并且壳体(2)的孔(6)在其朝向连接管(1)的端部具有一个同心的环形面(10)和一个同心的凹部(11)，环形面的直径与轴环(9)的直径相对应，在凹部的底部有一个与连接管(1)的密封面(13)相对应的密封面(14)，并且当壳体(2)与连接管(1)不连接时，密封面(14)与环形面(10)的轴向距离小于密封面(13)与轴环(9)的轴向距离。
12．根据权利要求9的壳体(2)，其特征在于：在连接管(1)的第一端设置有一个与通孔(7)同心的轴环(9)和一个密封面(13)，并且壳体(2)的孔(6)在其朝向连接管(1)的端部具有一个同心的环形面(10)和一个同心的凹部(11)，环形面的直径与轴环(9)的直径相对应，在凹部的底部有一个密封面(14)，并且在连接管(1)的密封面(13)和壳体(2)的密封面(14)之间布置有一个设有一个通孔的夹紧件，该夹紧件在其端部具有与连接管(1)和壳体(2)的密封面(13、14)相对应的密封面，并且当连接管(1)的轴环(9)贴靠在壳体(2)的环形面(10)上时，所述夹紧件(12)的长度长于连接管(1)和壳体(2)的密封面(13、14)的轴向距离。
13．根据权利要求9到12之一的壳体(2)，其特征在于：在分解状态下，夹紧件(12)的密封面(13)的锥角大于壳体(2)中密封面(14)的锥角。
14．根据权利要求9到13之一的壳体(2)，其特征在于：所述连接管(1)通过焊接与壳体(2)连接。
15．根据权利要求9到14之一的壳体(2)，其特征在于：夹紧件(1)的在连接管(1)的纵轴线方向投影到由轴环(9)所封闭的面积上的密封面(13)位于由轴环(9)所封闭的面积内，并且壳体(2)的在孔(6)的纵轴线方向投影到由环形面(10)所封闭的面积上的密封面(14)位于由环形面(10)所封闭的面积内。
16．一种用于接合根据权利要求1到15之一的高压壳体(2)与连接管(1)的方法，高压壳体特别是一种高压燃料存储装置，其特征在于包括下列步骤：
-将夹紧件(12)插入到壳体(2)的凹部(11)中，
-将夹紧件(12)预紧，
-在预紧状态下焊接壳体(2)和连接管(1)，和
-保持预紧状态，直到焊缝冷却到能够传递预紧力为止。
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