Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für
ein Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine,
insbesondere für ein Common-Rail-System, mit einem rohrförmigen
Grundkörper, dessen Innenraum mit mehreren in den Innenraum
einmündenden Anschlußbohrungen in Verbindung steht.
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In einem Common-Rail-Einspritzsystem fördert eine
Hochdruckpumpe den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in
einen zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-
Rail bezeichnet wird. Von dem Kraftstoffhochdruckspeicher
führen Hochdruckleitungen zu den einzelnen
Einspritzventilen, sogenannten Injektoren, die den Zylindern der
Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Injektoren werden in
Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine
einzeln von der Motorelektronik angesteuert, um Kraftstoff
in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen.
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Der Grundkörper des Kraftstoffhochdruckspeichers wird
beispielsweise aus einem Schmiederohling hergestellt, wobei der
Innenraum des Grundkörpers als Längsbohrung in den
Grundkörper eingebracht wird. Der so hergestellte rohrförmige
Grundkörper wird anschließend mit Anschlußbohrungen versehen,
welche in die Längsbohrung einmünden. Im Bereich der
Verscheidung zwischen der Längsbohrung und den
Anschlußbohrungen treten im Betrieb des Common-Rail-Systems starke
Materialspannungen auf, wodurch Rißbildungen im Material entstehen
können, welche die Lebensdauer des
Kraftstoffhochdruckspeichers stark begrenzen. Um einen Kraftstoffhochdruckspeicher
bei einem noch höheren Druck betreiben zu können, müssen
daher Werkstoffe mit höherer Materialfestigkeit verwandt
werden, wodurch die Herstellungskosten stark ansteigen.
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Aus der DE 196 40 480 A1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher
bekannt, bei dem die Anschlußbohrungen die Achse des
rohrförmigen Grundkörpers nicht schneiden und exentrisch in
diesen einmünden. Hierdurch kann zwar eine Verbesserung
erreicht werden und die Spannungsbelastung im Bereich der
Verscheidungen zwischen den Anschlußbohrungen und dem Innenraum
des rohrförmigen Grundkörpers verringert werden, jedoch kann
mit derartigen Kraftstoffhochdruckspeichern bei einer
weiteren Steigerung des Kraftstoffdrucks die erforderliche
Lebensdauer nicht mehr erreicht werden.
Vorteile der Erfindung
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Bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeicher mit
den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 werden die
Spannungen im Verschneidungsbereich zwischen den
Anschlußbohrungen und dem Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers
vorteilhaft stark reduziert. Durch die Einbringung der
Anschlußbohrungen derart, daß diese nicht mit ihrem gesamten
Innenquerschnitt in diesen einmünden, sondern den Innenraum
des rohrförmigen Grundkörpers nur mit einem Teil ihres
Innenquerschnitts schneiden, ändert sich die Form der
Übergangskante zwischen einer Anschlußbohrung und dem Innenraum
zu einer dreidimensional stark gebogenen Struktur, wodurch
sich die Spannungen im Bereich der Übergangskante bei einer
Druckbelastung des Kraftstoffhochdruckspeichers vorteilhaft
auf einen größeren Bereich verteilen. Die Lebensdauer des
Kraftstoffhochdruckspeichers kann so stark erhöht werden und
dennoch ein kostengünstiger Werkstoff verwandt werden.
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Vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der
Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen
enthaltenen Merkmale ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn die Anschlußbohrungen von
einem Anschluß des rohrförmigen Grundkörpers aus so weit in
den Grundkörper eingebracht ist, daß sich die
Anschlußbohrungen jeweils ein Stück weit über den Innenraum hinaus in
den von dem Anschluß abgewandten Abschnitt des rohrförmigen
Grundkörpers erstrecken und dort in einem Sackloch enden.
Hierdurch entsteht ein weitgehend symmetrischer Aufbau, bei
dem der mit dem Sackloch versehene Abschnitt einer
Anschlußbohrung dem jeweiligen restlichen Abschnitt dieser
Anschlußbohrung bezogen auf den Innenraum des Hochdruckspeichers
spiegelbildlich gegenüberliegt. Spannungen an der
Übergangskante zwischen der Anschlußbohrung und dem Innenraum können
so noch weiter reduziert werden.
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Eine Weiterbildung dieses Ausführungsbeispiels sieht vor,
daß anstelle des Sacklochs eine zweite Anschlußbohrung
vorgesehen ist, deren Mittelachse koaxial zur Mittelachse der
ersten Anschlußbohrung verläuft, wobei sich die beiden
Anschlußbohrungen zu einer Durchgangsausnehmung ergänzen, die
sich quer zum Innenraum durchgängig durch den rohrförmigen
Grundkörper erstreckt. Dieser Aufbau ist noch symmetrischer,
so daß die Spannungen im Bereich der Verschneidung noch
etwas stärker reduziert werden.
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Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel bei dem
die Übergangskante zwischen der wenigstens einen
Anschlußbohrung und dem Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers
verrundet wird, da hierdurch im Vergleich zu den bekannten
Kraftstoffhochdruckspeichern insgesamt eine
Spannungsreduktion um etwa 20% erreicht werden kann.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung
erläutert. Es zeigt
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Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Kraftstoffhochdruckspeicher entlang einer Anschlußbohrung,
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Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch Fig. 1
senkrecht zur Mittelachse einer Anschlußbohrung und entlang
der Linie II-II in Fig. 1,
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Fig. 3 einen Querschnitt durch ein weiteres
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen
Kraftstoffhochdruckspeicher, der einen langgestreckten, rohrförmigen
Grundkörper 1 aus Metall umfaßt. Der Innenraum 2 des rohrförmigen
Grundkörpers wird durch eine Längsbohrung gebildet, deren
Innenquerschnitt eine Kreisfläche ist. An den (nicht
dargestellten) Stirnseiten des Grundkörpers 1 ist die Längsbohrung
fest verschlossen oder über eine Hochdruckleitung mit dem
Ausgang einer Hochdruckpumpe verbunden. Der Innenraum 2 des
Grundkörpers 1 kann auch anders als zylindrisch ausgebildet
sein und beispielsweise einen elliptischen Querschnitt
aufweisen. Auf der Mantelfläche 5 des rohrförmigen Grundkörpers
1 sind mehrere Anschlußstutzen 4 beispielsweise durch
Schmieden angeformt, von denen in Fig. 1 nur einer erkennbar ist.
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Die Anschlußstutzen können aber auch an den rohrförmigen
Grundkörper angeschweißt sein oder in anderer Weise an dem
Grundkörper 1 festgelegt sein. Ein weiterer nicht
dargestellter Anschluß des Kraftstoffhochdruckspeichers dient zum
Anschluß einer Hochdruckpumpe, welche den
Kraftstoffhochdruckspeicher im Betrieb mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff
versorgt. Weiterhin kann noch ein Rail-Drucksensor oder ein
Steuerventil an den Kraftstoffhochdruckspeicher angeschlossen
sein. Von jedem Anschlußstutzen 4 erstreckt sich jeweils eine
Anschlußbohrung 3 ins Innere des rohrförmigen Grundkörpers 1,
welche mit dem Innenraum 2 in Verbindung steht. Die
Anschlußstutzen 4 sind mit einem Außengewinde 6 versehen und dienen
zum Anschluß von (nicht dargestellten) Hochdruckleitungen,
welche zu den Einspritzventilen des Common-Rail-Systems
führen. Über die Anschlußbohrungen 3 wird im Betrieb der
Kraftstoff aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher auf die
Einspitzventile des Common-Rail-Systems verteilt.
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Wie in Fig. 1 und Fig. 2 zu erkennen ist, ist die
Anschlußbohrung 3 von dem mit dem Anschlußstutzen 4 versehenen
Abschnitt des Außenmantels 5 derart in den rohrförmigen
Grundkörper 1 eingebracht, daß die Anschlußbohrung 3 den Innenraum
2 des rohrförmigen Grundkörpers 1 lediglich mit einem Teil 11
ihres Innenquerschnitts 10 schneidet. Wie am besten in Fig. 2
zu erkennen ist, welche einen Schnitt durch Fig. 1 entlang
der Linie II-II zeigt, schneidet die Anschlußbohrung 3 den
zylindrischen Innenraum 2 beispielsweise nur mit der Hälfte
des kreisflächenförmigen Innenquerschnitts, während die
andere Hälfte 12 der Querschnittsfläche außerhalb der Abmessungen
des zylindrischen Innenraums 2 angeordnet ist. Der Innenraum
2 wird von der Anschlußbohrung quasi "angeschnitten". Wenn
"r" der Radius der Anschlußbohrung 3 ist, "R" der Radius des
zylindrischen Innenraumes 2 und "d" der Abstand der
Mittelachse 13 der Anschlußbohrung von der Mittelachse 14 des
Innenraumes ist, wird dies erreicht, falls die folgenden beiden
geometrischen Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind:
1) r + d > R und 2) d - r < R.
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In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstand d
der Mittelachse 13 der Anschlußbohrung 3 von der Mittelachse
14 des Innenraumes 2 gleich dem Radius R des Innenraumes. Der
Abstand d kann aber auch größer oder kleiner als der Radius
des Innenraumes 2 sein. Wichtig ist, daß die Anschlußbohrung
3 den Innenraum 2 lediglich mit einem Teil ihres
Innenquerschnitts schneidet und nicht mit der gesamten
Innenquerschnitt in diesen einmündet.
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Wie weiterhin in Fig. 1 am besten zu erkennen ist, ist die
Anschlußbohrung 3 von dem Anschlußstutzen 4 aus soweit in
den rohrförmigen Grundkörper 1 eingebracht, daß sie sich ein
Stück weit über den Innenraum 2 hinaus in den von dem
Anschlußstutzen 4 abgewandten Abschnitt des rohrförmigen
Grundkörpers 1 erstreckt und dort in einem Sackloch 9 endet.
Vom Innenraum 2 des Grundkörpers 1 aus gesehen, entsteht so
bezogen auf die Querschnittsebene II-II in Fig. 1 eine
symmetrische Anordnung, bei der sich der mit dem Sackloch 9
versehene Abschnitt und der übrige Abschnitt der
Anschlußbohrung 3 spiegelbildlich gegenüberliegen.
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Ein anders Ausführungsbeispiel, welches eine
Weiterentwicklung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels ist,
ist in Fig. 3 gezeigt. Anstelle des Sacklochs 9 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel von einem zweiten Anschlußstutzen 4a
aus, welcher dem ersten Anschlußstutzen 4 gegenüberliegt,
eine zweite Anschlußbohrung 3a in den rohrförmigen
Grundkörper 1 eingebracht, deren Mittelachse 13a koaxial zur
Mittelachse 13 der Anschlußbohrung 3 angeordnet ist. Die beiden
Anschlußbohrungen 3 und 3a ergänzen sich zu einer
gemeinsamen Durchgangsausnehmung, die sich quer zum Innenraum 2
durchgängig durch den rohrförmigen Grundkörper 1 erstreckt.
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Eine weitere besondere Ausführungsart ist dadurch
gekennzeichnet, daß die jeweilige Übergangskante 15 zwischen einer
Anschlußbohrung 3 und dem Innenraum 2 des rohrförmigen
Grundkörpers 1 verrundet ist. Hierdurch läßt sich eine
weitere Steigerung der Hochdruckfestigkeit des
Kraftstoffhochdruckspeichers erreichen.