DE10140057B4

DE10140057B4 - Kraftstoffhochdruckspeicher

Info

Publication number: DE10140057B4
Application number: DE10140057A
Authority: DE
Inventors: Helmut Knoedl; Henning Kreschel; Steffen Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2021-08-17
Also published as: DE50212856D1; ES2311040T3; EP1284359A1; EP1284359B1; DE10140057A1; JP3825727B2; US20030056760A1; JP2003083200A

Abstract

Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, der einen Grundkörper (1) aus einem Grundwerkstoff mit mindestens einem Anschlussstutzen (3) umfasst, wobei der Grundkörper (1) eine einen Innenraum bildende Längsbohrung (2) und der mindestens eine Anschlussstutzen (3) mindestens eine in die Längsbohrung (2) mündende Querbohrung (4) enthält und der Innenraum des Grundkörpers (1) im Bereich der mindestens einen Querbohrung (4) ein relativ zur Festigkeit des Grundwerkstoffs hochfestes Zusatzmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) das Zusatzmaterial in der Form mindestens eines Einlassteiles (5; 9; 10; 11) enthält, wobei das mindestens eine Einlassteil (5; 9; 10; 11) zumindest mit einem Teil seines Volumens in eine im Bereich der Mündung der mindestens einen Querbohrung (4) ausgebildete und diese umgebende Vertiefung in dem Grundwerkstoff des Grundkörpers (1) eingefügt ist und die Querbohrung (4) umgibt, wobei das hochfeste Zusatzmaterial mindestens ein Material aus der Gruppe der Eisenwerkstoffe, der Keramikwerkstoffe und der Verbundwerkstoffe enthält.

Description

Technisches Gebiet
Ein Einspritzsystem dient der Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff. Bei dem Common-Rail-System genannten Speichereinspritzsystem sind Druckerzeugung und Einspritzung voneinander zeitlich und örtlich entkoppelt. Eine separate Hochdruckpumpe erzeugt den Einspritzdruck in einem zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher. Der Einspritzbeginn und die Einspritzmenge werden durch Ansteuerzeitpunkt und -dauer von elektrisch betätigten Injektoren bestimmt, die über Kraftstoffleitungen mit dem Kraftstoffhochdruckspeicher verbunden sind.

Stand der Technik

DE 199 36 533 A1 betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine mit einem rohrförmigen Grundkörper, der eine in Längsrichtung verlaufende Sacklochbohrung und mehrere Anschlüsse aufweist.

Aus DE 199 49 962 A1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Kraftstoffhochdruckspeicher besitzt einen hohlen Grundkörper, der mit mehreren Anschlussöffnungen ausgestattet ist. Der Innenraum des Grundkörpers ist dabei im Bereich der Anschlussöffnungen eben ausgebildet.

DE 101 03 250 A1 bezieht sich auf eine gemeinsame Leitung für einen Dieselmotor mit einer Haupt-Rohrleitung, Verzweigungsbohrungen und Verzweigungsanschlüssen, wobei eine Ni-diffundierte Verstärkungsschicht zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit auf wenigstens einem Teil einer inneren Umfangsoberfläche der gemeinsamen Leitung gebildet wird.

DE 40 03 384 C2 bezieht sich auf ein Verbundmetallrohr für die Kraftstoffeinspritzung von Dieselmotoren. Dieses umfasst ein Außenrohr aus Kohlenstoffstahl und ein metallbeschichtetes Innenrohr aus rostfreiem Stahl, das mit dem im Durchmesser größeren Kohlenstoffstahlrohr durch Presspassung mittels Ziehen verbunden ist. Dabei besitzt mindestens eine Innenwandoberfläche des Innenrohres aus rostfreiem Stahl eine Diffusionsschicht basierend auf mindestens einem Metall oder einer Legierung aus einer Kombination aus zwei oder mehreren Metallen.

DE 36 24 403 C2 hat ein dickwandiges zusammengesetztes Stahlrohr und ein Verfahren zu seiner Herstellung zum Gegenstand. Ein innerer rohrförmiger Teil und ein äußerer rohrförmiger Teil sind aus Stahlrohr gebildet und mit Presssitz oder unter Ausbildung einer Presspassung ineinander eingesetzt. Die Grenzfläche zwischen den rohrförmigen Teilen ist lotfrei gehalten, wobei die rohrförmigen Teile an ihren Grenzflächen diffusionsverschweißt sind derart, dass die Grenzfläche zwischen dem inneren rohrförmigen Teil und dem äußeren rohrförmigen Teil durch Diffusion wenigstens teilweise verschwunden ist.

JP 2000-73908A hat ein Hochdruck-Kraftstoffversorgungssystem mit einem Hochdruckspeicher zum Gegenstand. Der Hochdruckspeicher weist ein inneres Bauteil und ein äußeres Bauteil auf, welche eine Kammer des Speichers umgeben. Aufgrund der mit der Einpressung verbundenen Spannung soll dieser Aufbau die Hochdruckfestigkeit der Eckteile verbessern.

Die Hochdruckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers wird hauptsächlich durch die Verschneidungen zwischen den Anschlussöffnungen und dem Grundkörper beschränkt. Diese Bohrungsverschneidungen werden durch den Innendruck stark belastet und stellen mögliche Versagensstellen des Kraftstoffhochdruckspeichers dar. Im Betrieb treten dort Spannungsspitzen auf, durch die sich Risse in dem Grundkörper bilden können.

Darstellung der Erfindung

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass die Druckfestigkeit eines Kraftstoffhochdruckspeichers erhöht wird. Sie ergibt sich aufgrund einer stärkeren Belastbarkeit der Bohrungsverschneidungen zwischen der Längsbohrung in dem Grundkörper des Kraftstoffhochdruckspeichers und den Querbohrungen in seinem Anschlussstutzen.

Dieser Vorteil wird erfindungsgemäß durch einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen erreicht, der einen Grundkörper aus einem Grundwerkstoff mit mindestens einem Anschlussstutzen umfasst.

Der Grundkörper enthält dabei eine einen Innenraum bildende Längsbohrung und der mindestens eine Anschlussstutzen mindestens eine in die Längsbohrung mündende Querbohrung. Der Innenraum des Grundkörpers enthält im Bereich der mindestens einen Querbohrung ein hochfestes Zusatzmaterial.

Durch das gezielte Einbringen des hochfesten Zusatzmaterials im Bereich der Bohrungsverschneidungen, die die Schwachstelle des Kraftstoffhochdruckspeichers darstellen, kann in vorteilhafter Weise als Grundwerkstoff für den restlichen Grundkörper ein kostengünstiges niederfestes Material gewählt werden, bevorzugt Stahl.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält das hochfeste Zusatzmaterial mindestens ein Material aus der Gruppe der Eisenwerkstoffe, der Keramikwerkstoffe und der Verbundwerkstoffe.

Zeichnung
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.
Es zeigt:
1 Den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher mit Einlassteil,
2 den Querschnitt durch einen Kraftstoffhochdruckspeicher mit Einlegeteil und
3 verschiedene Formen des eingebrachten Zusatzmaterials in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher.
Ausführungsvarianten
1 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Einlassteil aus einem hochfesten Zusatzmaterial.
Der im Querschnitt dargestellte Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen Grundkörper 1 aus einem Grundwerkstoff, in dem die Längsbohrung 2 einen Innenraum bildet. An dem Grundkörper 1 ist ein Anschlussstutzen 3 ausgebildet, in dem sich eine Querbohrung 4 senkrecht zur Längsbohrung 2 erstreckt. Die Querbohrung 4 mündet in die Längsbohrung 2. Über den Anschlussstutzen 3 führen (nicht dargestellte) Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. In dem Bereich des Innenraumes des Grundkörpers 1, in dem sich die Bohrungverschneidungen der Längsbohrung 2 mit der Querbohrung 4 befinden, enthält der Grundkörper 1 ein Einlassteil 5 aus einem hochfesten Zusatzmaterial. Dieses verstärkt den Bereich der Bohrungsverschneidungen, um eine Rißbildung durch Spannungsspitzen in diesem Bereich zu verhindern.
In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Grundkörper 1 das Zusatzmaterial in der Form mindestens eines Einlassteils 5. Unter einem Einlassteil 5 ist dabei ein Teil aus dem Zusatzmaterial zu verstehen, das in eine Vertiefung in dem Grundwerkstoff des Grundkörpers 1 eingefügt ist. Dadurch ersetzt es zumindest mit einem Teil seines Volumens das Grundmaterial des bereits die Längsbohrung 2 enthaltenden Grundkörpers 1. Teilweise kann das Einlassteil 5 in den durch die Längsbohrung 2 erzeugten zylindrischen Innenraum hineinragen und dessen Volumen verringern.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umgibt je ein Einlassteil 5 je eine Querbohrung 4 an der dem Innenraum des Grundkörpers 1 zugewandten Seite der Querbohrung 4. Das hochfeste Zusatzmaterial wird dabei gezielt und in kostensparender Weise nur in dem in Betrieb des Kraftstoffhochdruckspeichers hoch beanspruchten Bereich der Bohrungsverschneidungen eingesetzt. Es kann beispielsweise den zweifachen Durchmesser der Querbohrung 4 besitzen.
In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Innenraum des Grundkörpers 1 im Bereich der mindestens einen Querbohrung 4 durch das Zusatzmaterial eben ausgebildet. Das Einlassteil 5 bildet dabei eine ebene Fläche 6 in dem ursprünglich zylindrischen Innenraum des Grundkörpers 1. Die ebene Fläche 6 erstreckt sich senkrecht zur Mittellinie 7 der Querbohrung 4 und parallel zur Mittellinie der Längsbohrung 2. Vorteilhaft ist dabei, dass die Spannungsspitzen im Bereich der Bohrungsverschneidungen minimiert werden. Je größer das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Grundkörpers 1 und dem Innendurchmesser der Querbohrung 4 ist, um so höher ist die Druckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers. Durch die ebene Fläche 6 im Innenraum des Grundkörpers 1 im Bereich der Querbohrung 4 wird ein unendlich großer Innendurchmesser des Grundkörpers 1 simuliert und dadurch die Druckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers in diesem Bereich maximiert.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Einlassteil 5 einen viereckigen Querschnitt auf. Dabei handelt es sich um einen Querschnitt des Einlassteils 5 in der Form eines Rechtecks.
2 zeigt den Querschnitt durch einen Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Einlegeteil aus einem hochfesten Zusatzmaterial.
Der im Querschnitt dargestellte Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst (analog zu 1) einen Grundkörper 1 aus einem Grundwerkstoff mit einem Anschlussstutzen 3. Der Grundkörper 1 enthält die Längsbohrung 2, der Anschlussstutzen 3 enthält die mindestens eine Querbohrung 4. In dieser Ausführungsform liegt das Zusatzmaterial in dem Grundkörper 1 in der Form eines Einlegeteils 8 vor. Unter einem Einlegeteil 8 ist dabei ein zusätzliches Teil zu verstehen, das in den durch die Längsbohrung 2 im Grundkörper 1 vorliegenden Innenraum eingefügt ist. Das Einlegeteil 8 reduziert das Volumen des durch die Längsbohrung 2 erzeugten zylindrischen Innenraums des Grundkörpers 1.
In einer Ausführungsform umgibt je ein Einlegeteil 8 aus hochfestem Zusatzmaterial je eine Querbohrung 4 an der dem Innenraum des Grundkörpers 1 zugewandten Seite der Querbohrung 4. In einer anderen Ausführungsform umgibt ein Einlegeteil 8 die dem Innenraum des Grundkörpers 1 zugewandte Seite aller Querbohrungen 4. Dabei erstreckt sich das Einlegeteil 8 vorzugsweise entlang der gesamten Längsbohrung 2 oder entlang einem großen Teil ihrer Länge.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist der Innenraum des Grundkörpers 1 im Bereich der mindestens einen Querbohrung 4 durch das Einlegeteil 8 eben ausgebildet.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform weist das Einlegeteil 8 einen Querschnitt in der Form eines Kreisabschnitts auf.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers bei dem das Zusatzmaterial (in der Form eines Einlassteils 5 oder eines Einlegeteils 8) durch ein thermisches Fügeverfahren in den Innenraum des Grundkörpers 1 eingefügt wird. Das Zusatzmaterial kann beispielsweise durch Verlöten oder Verschweißen mit dem Grundmaterial des Grundkörpers 1 verbunden werden. Denkbar ist auch ein Einbringen des Zusatzmaterials als Schmelze, die anschließend im Innenraum des Grundkörpers 1 abkühlt und aushärtet.
In einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers wird das Zusatzmaterial (in der Form eines Einlass- oder Einlegeteils 5, 8) durch Kleben in den Innenraum des Grundkörpers 1 eingefügt.
Denkbar ist auch ein kraftschlüssiges Einfügen des Zusatzmaterials in den Innenraum des Grundkörpers 1, beispielsweise durch Einpressen eines Einlassteils 5. Das Zusatzmaterial kann ferner durch Sintern mit dem Grundwerkstoff des Grundkörpers 1 verbunden werden.
Das einzufügende Einlass- oder Einlegeteil 5, 8 kann bereits vor dem Einfügen in den Innenraum des Grundkörpers 1 Bohrungen umfassen, die nach seinem Einfügen mit den Querbohrungen 4 eine durchgehende Öffnung bilden. In vorteilhafter Weise werden die Querbohrungen erst nach dem Einfügen des Zusatzmaterials durch die Anschlussstutzen und durch das Zusatzmaterial gebohrt. Dies hat den Vorteil, dass die Bohrungen exakt übereinander liegen und in nur einem Arbeitsschritt gefertigt werden können.
3 zeigt verschiedene Formen des eingebrachten Zusatzmaterials in einem erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher. In 3.1 ist ein Einlassteil 9 dargestellt, das im Querschnitt die Form eines Kreisringteils aufweist. In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ragt das Einlassteil 9 nicht in den durch die Längsbohrung 2 erzeugten zylindrischen Innenraum des Grundkörpers 1.
3.2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Einlassteil 10, das einen kreissektorförmigen Querschnitt besitzt und teilweise in den durch die Längsbohrung 2 erzeugten zylindrischen Innenraum des Grundkörpers 1 hineinragt.
In 3.3 ist ein erfindungsgemäßer Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Einlassteil 11 gezeigt. Das Einlassteil 11 weist einen Querschnitt auf, dessen Form eine Kombination eines Kreisringteils mit einem Kreisabschnitt darstellt, wobei der kreisabschnittförmige Teil des Einlassteils 11 in den durch die Längsbohrung 2 erzeugten Innenraum des Grundkörpers 1 hineinragt. Vorteilhaft ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dass das Einlassteil 11 eine ebene Fläche 6 in dem ursprünglich zylindrischen Innenraum des Grundkörpers 1 bildet und dadurch die Druckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers im Bereich der Bohrungsverschneidungen maximiert wird.

1: Grundkörper
2: Längsbohrung
3: Anschlussstutzen
4: Querbohrung
5: Einlassteil
6: ebene Fläche
7: Mittellinie der Querbohrung
8: Einlegeteil
9: Einlassteil 1
10: Einlassteil 2
11: Einlassteil 3

Claims

Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, der einen Grundkörper (1) aus einem Grundwerkstoff mit mindestens einem Anschlussstutzen (3) umfasst, wobei der Grundkörper (1) eine einen Innenraum bildende Längsbohrung (2) und der mindestens eine Anschlussstutzen (3) mindestens eine in die Längsbohrung (2) mündende Querbohrung (4) enthält und der Innenraum des Grundkörpers (1) im Bereich der mindestens einen Querbohrung (4) ein relativ zur Festigkeit des Grundwerkstoffs hochfestes Zusatzmaterial enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1) das Zusatzmaterial in der Form mindestens eines Einlassteiles (5; 9; 10; 11) enthält, wobei das mindestens eine Einlassteil (5; 9; 10; 11) zumindest mit einem Teil seines Volumens in eine im Bereich der Mündung der mindestens einen Querbohrung (4) ausgebildete und diese umgebende Vertiefung in dem Grundwerkstoff des Grundkörpers (1) eingefügt ist und die Querbohrung (4) umgibt, wobei das hochfeste Zusatzmaterial mindestens ein Material aus der Gruppe der Eisenwerkstoffe, der Keramikwerkstoffe und der Verbundwerkstoffe enthält.
Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass je ein Einlassteil (5; 9; 10; 11) je eine Querbohrung (4) umgibt.
Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einlassteil (5; 9; 10; 11) im Querschnitt in einer Ebene senkrecht zu einer Achse der Längsbohrung (2) eine Form aus der Gruppe der Kreisabschnitte, der Kreissektoren, der Kreisringteile und der Vierecke aufweisen.
Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Zusatzmaterial der Innenraum des Grundkörpers (1) im Bereich der mindestens einen Querbohrung (4) eben ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial durch ein thermisches Fügeverfahren in den Innenraum des Grundkörpers (1) eingefügt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial durch Kleben in den Innenraum des Grundkörpers (1) eingefügt wird.
Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial kraftschlüssig in den Innenraum des Grundkörpers (1) eingefügt wird.