DE10140058A1

DE10140058A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers

Info

Publication number: DE10140058A1
Application number: DE2001140058
Authority: DE
Inventors: Steffen Jung
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-08-16
Filing date: 2001-08-16
Publication date: 2002-10-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, wobei der Kraftstoffhochdruckspeicher einstückig aus einem hochfesten Gusswerkstoff gegossen wird. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, der einen Grundkörper (1) mit einem Längshohlraum (2) und mindestens einen Anschlussstutzen (3) umfasst. Der Längshohlraum (2) enthält dabei mindestens einen Speicherinnenraum (5) und der mindestens eine Anschlussstutzen (3) mindestens einen in den Längshohlraum (2) mündenden Querhohlraum (4). Der Durchmesser des Längshohlraums (2) entlang des Kraftstoffhochdruckspeichers ändert sich.

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 Einspritz beginn und die Einspritzmenge werden durch Ansteuerzeitpunkt und -dauer von elektrisch betätigten Injektoren bestimmt, die über Kraftstoffleitungen mit dem Kraftstofthochdruck speicher verbunden sind. Im Betrieb treten in dem Kraftstofthochdruckspeicher extrem hohe Drücke auf, weshalb an seine Druckfestigkeit sehr hohe Anforderungen gestellt wer den.

Stand der Technik

Im Stande der Technik werden die Kraftstofthochdruckspeicher geschmiedet, gezogen oder gewalzt.

DE-A 199 36 533 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-A 199 49 962 ist ein weiterer Kraftstofthochdruckspeicher für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine bekannt. Der Kraftstofthochdruckspei cher besitzt einen hohlen Grundkörper, der mit mehreren Anschlussöffnungen ausgestattet ist. Der Innenraum des Grundkörpers ist dabei im Bereich der Anschlussöffnungen eben ausgebildet.

DE-A 199 45 316 bezieht sich ebenfalls auf einen Kraftstofthochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmi gen Grundkörper, dessen Innenraum mit mehreren Anschlussöffnungen in Verbindung steht. Um die Hochdruckfestigkeit zu erhöhen, ist der Innenraum, bezogen auf die Längs achse des Grundkörpers, exzentrisch angeordnet.

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

Darstellung der Erfindung

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass Kraftstoffhochdruckspeicher hergestellt werden können, die eine erhöhte Druckfestigkeit aufweisen. Das erfindungsgemäße Ver fahren ermöglicht eine Anpassung der Konstruktion des Kraftstofthochdruckspeichers an ein Optimum hinsichtlich seiner Druckfestigkeit. Dabei können vor allem Innenformen, aber auch Außenformen hergestellt werden, die ideal an die im Betrieb auftretenden Span nungen angepasst sind. Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind eine bessere Werkstoffausnutzung und eine kostengünstigere Fertigung als im Stande der Technik.

Diese Vorteile werden erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung eines Kraft stoffhochdruckspeichers für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraft maschinen erreicht, bei dem der Kraftstoffhochdruckspeicher einstückig aus einem hochfe sten Gusswerkstoff gegossen wird.

Die Formgebung des Kraftstofthochdruckspeichers durch Gießen bietet aufgrund der weit gehenden Gestaltungsfreiheit dieses Verfahrens in besonders hohem Maße die Möglich keit, Konstruktionsideen zu verwirklichen. Dabei können die im Betrieb auftretenden Be anspruchungen zugrundegelegt werden. Die Formgebung durch Gießen ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung von Kraftstoffhochdruckspeichern, auch mit komplizierter Form.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Gusswerkstoff, aus dem der Kraftstoffhochdruckspeicher gegossen wird, ein Stahlguss. Stahlguss besitzt einen weiten Anwendungsbereich für hoch beanspruchte Bauteile und ist daher auch hervorragend für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. den erfindungsgemäßen Kraftstoff hochdruckspeicher geeignet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Guss werkstoff ein Gusseisen. Dies ist ein sehr kostengünstiger Konstruktionswerkstoff. Dabei wird ein Gusseisen zur Herstellung von Kraftstoffhochdruckspeichern verwendet, das eine ausreichende Festigkeit aufweist, bevorzugt Gusseisen mit Kugelgraphit (GGG), besonders bevorzugt GGG80. Der Zahlenwert 80 bezieht sich auf die Zugfestigkeit des Gusseisens.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, herstellbar nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Der Kraftstofthochdruckspeicher umfasst einen Grundkörper mit einem Längshohlraum und mindestens einem Anschlussstutzen, wobei der Längshohlraum mindestens einen Speicherinnenraum und der mindestens eine An schlussstutzen mindestens einen in den Längshohlraum mündenden Querhohlraum enthält. Dabei ändert sich der Durchmesser des Längshohlraumes entlang des Kraftstoffhochdruck speichers.

Die Änderung des Durchmessers des Längshohlraums entlang der Längsachse des Kraft stoffhochdruckspeichers erfolgt zur Optimierung der Druckfestigkeit in seinen verschiede nen Abschnitten. Denkbar ist auch eine Variation des Grundkörperaußendurchmessers zur beanspruchungsorientierten Gestaltung des Kraftstoffhochdruckspeichers.

Zeichnung

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßem Kraftstofthochdruckspeicher mit mehreren Speicherinnenräumen,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Kraftstofthochdruckspeicher mit einem zen tralen Speicherinnenraum,

Fig. 3 den Querschnitt durch erfindungsgemäße Kraftstofthochdruckspeicher mit einem Speicherinnenraum mit elliptischen Querschnitt und einem Grundkörper mit rundem oder elliptischen Außenquerschnitt und

Fig. 4 den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstofthochdruck speicher, dessen Speicherinnenraum im Bereich des mindestens einen Querhohlraums eben ausgebildet ist.

Ausführungsvarianten

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstofthochdruckspeicher mit mehreren Spei cherinnenräumen.

Der Kraftstofthochdruckspeicher umfasst einen Grundkörper 1 mit einem Längshohlraum 2 und mit drei Anschlussstutzen 3. In jedem Anschlussstutzen 3 befindet sich ein Quer hohlraum 4, der jeweils in den Längshohlraum 2 mündet. Über die Anschlussstutzen 3 füh ren (nicht dargestellte) Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einspritzen. Der Längshohlraum 2 enthält meh rere Speicherinnenräume 5

In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind in dem Grund körper 1 entlang des Längshohlraums 2 abwechselnd je ein Speicherinnenraum 5 und je ein Querhohlraum 4 angeordnet. Sowohl der Längshohlraum 2 als auch die Speicherinnenräu me 5 sind konzentrisch zu der Längsachse 7 des Grundkörpers 1 angeordnet. Der Durclv messer des Längshohlraums 2 ist dabei vorzugsweise im Bereich der in ihn mündenden Querhohlräume 4 kleiner als im Bereich der Speicherinnenräume 5. Dadurch ergibt sich (bei gleichbleibendem Außendurchmesser des Grundkörpers 1) eine dickere Wand des hohlen Grundkörpers im Bereich der am stärksten beanspruchten Überschneidungen 6 zwi schen Längs- und Querhohlraum und demnach eine erhöhte Druckfestigkeit des Kraftstoff hochdruckspeichers. Der Bereich der Speicherinnenräume 5, der keine Verschneidungen 6 enthält, ist bezüglich Bruch nicht in gleichem Maße gefährdet und kann gemäß den be kannten Regeln des Maschinenbaus für innendruckbelastete Rohre dimensioniert werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in vorteil hafter Weise die beiden Funktionen des Kraftstofthochdruckspeichers "Speichern" und "Verteilen" getrennt. Der Kraftstoff wird in den Speicherinnenräumen 5 gespeichert und über die Bereiche des Hohlraumes 2 verteilt, die einen kleineren Durchmesser aufweisen.

Fig. 1 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen für das offene Ende des Längshohlraumes 2. Auf der linken Seite ist ein Ende mit einem großen Längshohlraumdurchmesser 8, auf der rechten Seite mit einem kleinen Längshohlraumdurchmesser 9 dargestellt. Vorzugswei se weist der Grundkörper 1 einen kleinen Längshohlraumdurchmesser an seinem offenen Ende auf, da dies ein Abdichten des Kraftstofthochdruckspeichers an dieser Stelle erleich tert. Die Hochdruckdichtstellen sind in der Regel kritisch bezüglich ihrer Dichtheit und erfordern einen hohen Bearbeitungsaufwand, da an die Oberfläche und die Geometrie der Hochdruckdichtstellen hohe Anforderungen gestellt werden. Deshalb wird vorzugsweise der Längshohlraum als Sackloch ausgeführt, so dass eine Hochdruckdichtstelle eingespart werden kann.

Die komplizierte Form des in Fig. 1 dargestellten Kraftstofthochdruckspeichers läßt sich problemlos durch das erfindungsgemäße Gussverfahren herstellen. Eine solche Form mit großen und kleinen Innendurchmessern kann durch Schneiden und Zerspanen nicht bzw. nur unter sehr hohem und damit unwirtschaftlichem Aufwand gefertigt werden.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kraftstofthochdruckspeicher mit einem zentralen Speicherinnenraum.

Der Kraftstoffhochdruckspeicher umfasst einen Grundkörper 1, der einen Längshohlraum 2 und vier Anschlussstutzen 3 enthält. Die Querhohlräume 4 in dem Anschlussstutzen 3 münden in den Längshohlraum 2, wobei Verschneidungen 6 entstehen, die im Betrieb des Kraftstofthochdruckspeichers hohen Spannungen ausgesetzt sind.

In dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Speicherinnen raum 10 zentral in dem Längshohlraum 2 angeordnet. Sowohl der Längshohlraum 2 als auch der Speicherinnenraum 10 sind konzentrisch zu der Längsachse des Grundkörpers 1 angeordnet. Denkbar ist aber auch eine exzentrische Anordnung des Längshohlraums 2 in dem Grundkörper 1 (bezogen auf die Längsachse 7 des Grundkörpers), so dass eine dickere Wand des hohlen Grundkörpers 1 auf der Seite der Verschneidungen 6 vorliegt.

Auch bei der in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Durchmesser des Längshohlraums 2 im Bereich der in ihm mündenden Querhohlräume 4 kleiner als im Bereich des zentralen Speicherinnenraums 10. Bei kon stantem Außendurchmesser des Grundkörpers 1 ergibt sich dadurch im Bereich der bruch gefährdeten Verschneidungen 6 eine dickere und demnach druckfestere Wand des hohlen Grundkörpers 1. Der keine Verschneidungen 6 enthaltende zentrale Speicherinnenraum 10 kann gemäß den bekannten Maschinenbau-Regeln für innendruckbelastete Rohre dimen sioniert werden. Denkbar ist auch eine exzentrische Anordnung eines Speicherinnenraums, beispielsweise einer Anordnung aller Anschlussstutzen 3 mit ihren Querhohlräumen 4 an einem Ende des Grundkörpers 1 und eine Anordnung eines Speicherinnenraums an dem anderen Ende des Grundkörpers 1.

Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher mit einem Speicherinnenraum mit elliptischen Querschnitt und einen Grundkörper mit runden oder elliptischen Außenquerschnitt.

Die im Querschnitt dargestellten Kraftstoffhochdruckspeicher umfassen den Grundkörper 1, in dem der Speicherinnenraum 12 einen Innenraum bildet. Der Speicherinnenraum ist im Zusammenhang mit dieser Erfindung als Teil des Längshohlraumes 2 zu verstehen. An dem Grundkörper 1 ist ein Anschlussstutzen 3 ausgebildet, in dem sich der Querhohlraum 4 senkrecht zum Speicherinnenraum 12 erstreckt. Der Querhohlraum 4 mündet in den Speicherinnenraum 12, wodurch sich eine Verschneidung 6 bildet.

In den in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfin dung weist der Speicherinnenraum 12 einen elliptischen Querschnitt auf. Dabei verläuft die Hauptachse der Ellipse senkrecht zur Mittelachse 11 des Querhohlraums 4.

Die Verschneidung 6 wird im Betrieb des Kraftstofthochdruckspeichers durch den Innen druck stark belastet, da dort Spannungsspitzen auftreten. Je größer das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Speicherinnenraums 12 und dem Innendurchmesser des Querhohl raumes 4 ist, um so höher ist die Druckfestigkeit des Kraftstoffhochdruckspeichers. Durch die elliptische Form des Speicherinnenraums 12 bei den in Fig. 3a und Fig. 3b darge stellten bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erscheint der Durch messer des Speicherinnenraums 12 im Bereich der Verschneidung 6 größer als bei einer runden Form. (Durch die elliptische Form wird im Bereich der Verschneidung 6 ein kreis förmiger Querschnitt mit einem großen Durchmesser simuliert.) Dadurch ist das Verhältnis zwischen dem Durchmesser des Speicherinnenraums 12 und dem Innendurchmesser des Querhohlraums 4 vergleichsweise größer, so dass eine höhere Druckfestigkeit des Kraft stoffhochdruckspeichers erreicht wird. Mündet der Querhohlraum 4 nicht in einen Speiche rinnenraum 5, sondern in einen anderen Teilbereich des Längshohlraums 2, so weist zu mindest dieser Teilbereich des Längshohlrayms 2 vorzugsweise einen elliptischen Quer schnitt auf.

In der in Fig. 3b dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen sowohl die Außenseite des Grundkörpers 1 als auch der Speicherinnenraum 12 ei nen elliptischen Querschnitt auf. Zur Herstellung der elliptischen Form eignet sich das er findungsgemäße Gießverfahren hervorragend. Es ist hingegen sehr aufwendig, wenn nicht sogar nahezu unmöglich, einen derartig geformten Kraftstoff hochdruckspeicher durch Schmieden oder spanende Fertigung herzustellen.

Bei der in Fig. 3a dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der Grundkörper 1 einen runden Außenquerschnitt und der Speicherinnenraum 12 einen elliptischen Querschnitt auf. Der elliptische Speicherinnenraum 12 führt unter Hochdruckbeaufschlagung des rohrförmigen Grundkörpers 1 dazu, dass sich der Innen raum des Grundkörpers 1 in der Richtung der Hauptachse der Ellipse ausdehnt. Die daraus resultierenden Verformungen im Grundkörper entlasten in vorteilhafter Weise den bruch gefährdeten Bereich der Verschneidungen 6.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspei cher, dessen Speicherinnenraum im Bereich des mindestens einen Querhohlraums eben ausgebildet ist.

Der im Querschnitt dargestellte Kraftstofthochdruckspeicher umfasst einen Grundkörper 1 mit Speicherinnenraum 13 und einen Anschlussstutzen 3 mit Querhohlraum 4 und Ver schneidung 6. Im Bereich der Verschneidung 6 ist in dem Speicherinnenraum 13 eine ebe ne Fläche 14 ausgebildet. Die ebene Fläche 14 erstreckt sich senkrecht zur Mittelachse 11 des Querhohlraumes 4 und parallel zur Längsachse des Grundkörpers 1. Vorteilhaft ist da bei, dass Spannungsspitzen im Bereich der Verschneidung 6 minimiert werden. Durch die ebene Fläche 14 im Innenraum des Grundkörpers 1 im Bereich des Querhohlraums 4 wird ein unendlich großer Innendurchmesser des Grundkörpers 1 simuliert. Dadurch wird das Verhältnis zwischen dem Speicherinnenraumdurchmesser und dem Innendurchmesser des Querhohlraums 4 maximiert und demnach die Druckfestigkeit des Kraftstofthochdruck speichers in diesem Bereich maximiert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zwischen dem Anschlussgewinde des mindestens einen Anschlussstutzen 3 und der Außenseite des Grundkörpers 1 jeweils eine Hinterschneidung ausgebildet. Durch die Hinterschneidung wird eine die Verformung der Grundkörperwandung verändernde Materialanhäufung ver mieden. Somit werden die angeschmiedeten, massiven Bereiche des Anschlussgewindes vom Grundkörper 1 des Kraftstofthochdruckspeichers weitgehend entkoppelt, so dass sich der Grundkörper 1 leichter verformen kann.

Alle oben genannten Formen eines Kraftstofthochdruckspeichers lassen sich als Gussteile kostengünstig und unter guter Werkstoffausnutzung fertigen.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Längshohlraum

3

Anschlussstutzen

4

Querhohlraum

5

Speicherinnenraum

6

Verschneidungen

7

Längsachse des Grundkörpers

8

Ende mit großem Längshohlraumdurchmesser

9

Ende mit kleinem Längshohlraumdurchmesser

10

Zentraler Speicherinnenraum

11

Mittelachse des Querhohlraums

12

Elliptischer Speicherinnenraum

13

Speicherinnenraum mit ebener Fläche

14

Ebene Fläche

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Kraftstoffhochdruckspeichers für ein Common-Rail- Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstofthochdruckspeicher einstückig aus einem hochfesten Gusswerkstoff gegossen wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff ein Stahlguss ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gusswerkstoff ein Gusseisen ist.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gusseisen GGG80 der Gusswerkstoff ist.

5. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen, herstellbar nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der einen Grundkörper (1) mit einem Längshohlraum (2) und mindestens einem Anschlussstutzen (3) umfaßt, wobei der Längshohlraum (2) mindestens einen Speiche rinnenraum (5) und der mindestens eine Anschlussstutzen (3) mindestens einen in den Längshohlraum (2) mündenden Querhohlraum (4) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser des Längshohlraums (2) entlang des Kraftstoffhochdruck speichers ändert.

6. Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Längshohlraums (2) im Bereich des in ihn mündenden Querhohl raums (4) kleiner ist, als im Bereich des mindestens einen Speicherinnenraums (5).

7. Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper (1) entlang des Längshohlraums (2) abwechselnd je ein Speicherinnen raum (5) und je ein Querhohlraum (4) angeordnet sind.

8. Kraftstofthochdruckspeicher gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherinnenraum (10) zentral in dem Längshohlraum (2) angeordnet ist, beidseitig umgeben von Bereichen, die mindestens einen Querhohlraum (4) enthalten.

9. Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass der Längshohlraum (2) im Bereich seines offenen Endes einen kleinen Durchmesser aufweist.

10. Kraftstofthochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Grundkörper (1) einen runden Außenquerschnitt und der Längshohl raum (2) zumindest in Teilbereichen einen elliptischen Querschnitt aufweist.

11. Kraftstofthochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Grundkörper (1) und der Längshohlraum (2) zumindest in Teilberei chen einen elliptischen Querschnitt aufweisen.

12. Kraftstofthochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Längshohlraum (2) im Bereich des mindestens einen Querhohl raums (4) eben ausgebildet ist.

13. Kraftstoffhochdruckspeicher gemäß einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekenn zeichnet, dass zwischen dem Anschlussgewinde des mindestens einen Anschlussstut zens und der Außenseite des Grundkörpers (1) jeweils eine Hinterschneidung ausge bildet ist.