DE102012222167A1 - High-pressure terminal for fuel injection system for internal combustion engine, has sealing element with spring seal lens which is deformable by pressure of fuel in high pressure channel that is sealed in terminal portion - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einem Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen aus, wobei ein Hochdruckanschluss vorgesehen ist. Typische Hochdruckanschlüsse umfassen einen Anschlussstutzen und eine an Anlageflächen anliegende Hochdruckleitung, wobei um einen ungehinderten Kraftstofffluss zu gewährleisten, eine präzise Zuordnung und eine hohe Dichtwirkung an den Anlageflächen erforderlich sind. The invention is based on a fuel injection system for internal combustion engines, wherein a high pressure port is provided. Typical high-pressure connections comprise a connecting piece and a high pressure line resting against contact surfaces, in order to ensure an unrestricted flow of fuel, a precise allocation and a high sealing effect on the contact surfaces are required.
Aus der Offenlegungsschrift
Durch die höheren Vorspannkräfte ergeben sich aber auch gesteigerte Montagemomente, welche allerdings beispielsweise durch die Stabilität einer Schweißnaht am Hochdruckanschluss (Laser Welded Rail) begrenzt sind. Auch bei geschraubten Hochdruckstutzen ergeben sich Grenzen durch das Weiterdrehmoment. Im Falle von Piezo-Injektoren begrenzt eine zulässige Torsionsbelastung einer Verpratzung das Montagemoment.However, the higher preload forces also result in increased assembly moments, which however are limited, for example, by the stability of a weld at the high-pressure connection (laser welded rail). Even with screwed high-pressure nozzles, limits result from the further torque. In the case of piezo injectors, a permissible torsional load of a Verpratzung limits the mounting torque.
Aus der Offenlegungsschrift
Nachteilig an diesem Hochdruckanschluss ist, dass die Hochdruckleitung genau in Richtung der Längsachse des Anschlussstutzens verlaufen muss, da kein Winkelausgleich des Hochdruckanschlusses möglich ist. Des Weiteren ist dargestellt, dass das Dichtelement in einer radialen Erweiterung des Hochdruckkanals angeordnet ist, welcher in dem besonders belasteten Endbereich mit einer geringeren Wandstärke ausgeführt ist, um eine radiale Erweiterung zu bilden. Ferner scheint, eine Wanderung des Dichtelements in Längsrichtung möglich zu sein.A disadvantage of this high pressure connection is that the high pressure line must run exactly in the direction of the longitudinal axis of the connection piece, since no angle compensation of the high pressure connection is possible. Furthermore, it is shown that the sealing element is arranged in a radial extension of the high-pressure channel, which is designed in the particularly loaded end region with a smaller wall thickness in order to form a radial extension. Furthermore, migration of the sealing element in the longitudinal direction seems to be possible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein Hochdruckanschluss für ein Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen mit einer Hochdruckleitung und einem Anschlussstutzten vorgeschlagen, wobei die Hochdruckleitung und der Anschlussstutzen konzentrisch zu Längsachsen einen Hochdruckkanal ausbilden, der mit zumindest teilweise unter hohem Druck stehendem Kraftstoff gefüllt ist. Erfindungsgemäß ist in einem Anschlussbereich, welcher unter Ausbildung eines Ringraumes, der zumindest teilweise von der Hochdruckleitung und dem Anschlussstutzen begrenzt wird, ein Dichtelement vorgesehen, welches eine Feder-Dichtlinse umfasst, die durch den Druck des Kraftstoffs im Hochdruckkanal zumindest teilweise elastisch verformbar ist, wodurch der Hochdruckkanal im Anschlussbereich abgedichtet wird.According to the invention, a high-pressure connection is proposed for a fuel injection system for internal combustion engines with a high-pressure line and a connection piece, wherein the high-pressure line and the connecting piece form a high-pressure channel concentric with longitudinal axes, which is filled with fuel that is at least partially under high pressure. According to the invention, in a connection region which, forming an annular space which is delimited at least partially by the high-pressure line and the connecting piece, a sealing element is provided which comprises a spring sealing lens which is at least partially elastically deformable by the pressure of the fuel in the high-pressure channel the high-pressure channel is sealed in the connection area.
In dem Anschlussbereich ist ein Ringraum ausgebildet, in welchem stets ein niedrigerer Druck herrscht als in dem Hochdruckkanal. Die hierdurch verbleibende Druckdifferenz erlaubt eine weitgehend elastische Verformung der Feder-Dichtlinse, wobei seine Außenmantelfläche zumindest teilweise gegen die Wandung des Hochdruckkanals gepresst wird.In the connection area, an annular space is formed in which there is always a lower pressure than in the high-pressure channel. The pressure difference remaining thereby allows a largely elastic deformation of the spring-sealing lens, wherein its outer circumferential surface is at least partially pressed against the wall of the high pressure passage.
Die Feder-Dichtlinse, welche auch als Dichtlinse bezeichnet wird, ist vorzugsweise hinsichtlich ihrer Geometrie und des Materials so gestaltet, das eine größtmögliche axiale Nachgiebigkeit mit einer ausreichenden Festigkeit gewährleistet ist. Insbesondere kann die Feder-Dichtlinse torusförmig gestaltet sein. The spring sealing lens, which is also referred to as a sealing lens is preferably designed in terms of their geometry and the material, which ensures the greatest possible axial compliance with sufficient strength. In particular, the spring-sealing lens can be designed torus-shaped.
Bevorzugt geht die torusförmig gestaltete Dichtlinse über in mindestens einen konischen oder zylindrischen Bereich, so dass das Dichtelement als weitgehend hülsenförmig betrachtet werden kann. Der mindestens eine konische oder zylindrische Bereich des Dichtelements ist in den oder die Abschnitte des Hochdruckkanals in der Hochdruckleitung und/oder dem Anschlussstutzen eingeführt, wobei das Dichtelement in einer Lage fixiert wird, so dass die torusförmige Dichtlinse in dem Anschlussbereich und damit in dem hohlen Ringraum angeordnet ist. Preferably, the toroidally shaped sealing lens transitions into at least one conical or cylindrical region, so that the sealing element as can be considered largely sleeve-shaped. The at least one conical or cylindrical region of the sealing element is introduced into the section or sections of the high-pressure channel in the high-pressure line and / or the connecting piece, wherein the sealing element is fixed in one position, so that the toroidal sealing lens in the connection region and thus in the hollow annulus is arranged.
Die konischen oder zylindrischen Bereiche des Dichtelements können Schlitze in Längsrichtung aufweisen, durch welche eine einfache Montage möglich ist.The conical or cylindrical portions of the sealing element may have slots in the longitudinal direction through which a simple assembly is possible.
Insbesondere ist ein Ende des Dichtelements in dem Abschnitt des Hochdruckkanals der Hochdruckleitung und ein anderes Ende in dem Abschnitt des Hochdruckkanals fixiert, der dem Anschlussstutzen zugeordnet ist. Die Feder-Dichtlinse wird demnach derart angeordnet, dass sie sich durch den Druck des Kraftstoffs in den Ringraum zwischen Hochdruckleitung und Anschlussstutzen verformen kann. In particular, one end of the sealing element is fixed in the portion of the high-pressure passage of the high-pressure line and another end in the portion of the high-pressure passage associated with the connecting piece. The spring sealing lens is thus arranged so that it can deform by the pressure of the fuel in the annulus between the high pressure line and the connecting piece.
Erfindungsgemäß wird bei Druckbeaufschlagung zumindest teilweise die Außenmantelfläche der Feder-Dichtlinse des Dichtelements gegen die Wandung des Hochdruckkanals sowohl im Bereich der Hochdruckleitung als auch im Bereich des Anschlussstutzens unter Ausbildung von Dichtflächen gepresst. In Abhängigkeit von der Druckbeaufschlagung des Dichtelements durch den Kraftstoff im Hochdruckkanal und der Gestaltung der Dichtlinse, nimmt mit zunehmendem Innendruck die Flächenpressung an den Dichtflächen zu. An den Dichtflächen kann es zu einer plastischen Verformung von Bereichen der Feder-Dichtlinse kommen. Die erzielte Dichtung ist selbstverstärkend. According to the invention, the outer circumferential surface of the spring sealing lens of the sealing element is pressed against the wall of the high-pressure channel both in the region of the high-pressure line and in the region of the connecting piece to form sealing surfaces at least partially when pressurized. Depending on the pressurization of the sealing element by the fuel in the high-pressure channel and the design of the sealing lens, the surface pressure at the sealing surfaces increases with increasing internal pressure. At the sealing surfaces can lead to a plastic deformation of areas of the spring-sealing lens. The obtained seal is self-reinforcing.
Durch Anlage der Außenmantelfläche der Feder-Dichtlinse an die Wandung des Hochdruckkanals, bzw. den Innendurchmessern des Hochdruckkanals im Bereich der Dichtlinse, welche Dichtpartner bilden, verlagert sich der Dichtkontakt von dem aus dem Stand der Technik bekannten Nenndurchmesser der Dichtpartner – kugeliger Stauchkopf der Hochdruckleitung und Kegelfläche des Anschlussstutzens. Der neue Dichtdurchmesser der Dichtpartner sind nunmehr Innendurchmesser des Hochdruckkanals im Bereich der Hochdruckleitung bzw. des Anschlussstutzens. Damit wird vorteilhaft erreicht, dass der sich ausbildende Dichtdurchmesser auch bei steigendem Innendruck des Kraftstoffs im Hochdruckkanal verhältnismäßig gering ist, so dass die resultierende Dichtkraft nur wenig ansteigt. Der Innendruck verformt die Dichtlinse, so dass deren Inneres im Normalfall druckausgeglichen ist, wobei sie sich selbstverstärkend gegen die Dichtkante drückt. By applying the outer circumferential surface of the spring-sealing lens to the wall of the high-pressure channel, or the inner diameters of the high-pressure channel in the region of the sealing lens, which form sealing partners, the sealing contact moves from the known from the prior art nominal diameter of the sealing partner - spherical compression head of the high pressure line and Conical surface of the connecting piece. The new sealing diameter of the sealing partners are now inside diameter of the high-pressure channel in the region of the high-pressure line or the connecting piece. This is advantageously achieved that the forming sealing diameter is relatively low even with increasing internal pressure of the fuel in the high pressure passage, so that the resulting sealing force increases only slightly. The internal pressure deforms the sealing lens so that its interior is normally pressure-balanced, whereby it self-reinforcingly presses against the sealing edge.
In einer Ausführungsform wird der Innendurchmesser der Feder-Dichtlinse so gewählt, dass er nur wenig größer ist als der Dichtdurchmesser, welcher weitgehend dem Innendurchmesser des Hochdruckkanals entspricht.In one embodiment, the inner diameter of the spring-sealing lens is chosen so that it is only slightly larger than the sealing diameter, which largely corresponds to the inner diameter of the high-pressure channel.
Ein Endstück der Hochdruckleitung kann mit einer größeren Wandstärke ausgebildet sein, wobei sich in einem Übergangsbereich eine radiale Schulter ausbildet. Dies stellt eine Materialanhäufung in einem Bereich bereit, welcher insbesondere durch die in dem Endbereich auftretenden Schwingungen im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems beansprucht ist. An end piece of the high-pressure line can be formed with a larger wall thickness, with a radial shoulder forming in a transition area. This provides accumulation of material in a region which is particularly stressed by the vibrations occurring in the end region during operation of the fuel injection system.
Zur Komplementierung des Hochdruckanschlusses wird in einer Ausführungsform die Hochdruckleitung mittels einer Überwurfmutter, welche an der radialen Schulter des Endstücks anliegt und im Eingriff mit einem Außengewinde des Anschlussstutzens steht, mit diesem verbunden. Die Überwurfmutter muss in diesem Fall nicht die Dichtpartner aneinander pressen, um Dichtheit des Hochdruckanschlusses zu gewährleisten, so dass ein deutlich reduziertes Anzugsmoment möglich ist.To complement the high-pressure connection, in one embodiment, the high-pressure line is connected by means of a union nut, which rests against the radial shoulder of the end piece and is in engagement with an external thread of the connection piece. In this case, the union nut does not have to press the sealing partners together to ensure tightness of the high-pressure connection, so that a significantly reduced tightening torque is possible.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Komplementierung des Hochdruckanschlusses in Form einer sogenannten gesteckten Lösung erreicht. Hierbei wird eine Spannhülse ausgeformt, welche in einen am Anschlussstutzen entsprechend ausgebildeten Aufnahmebereich eingeführt werden kann. Beispielsweise ist die Ausnehmung am Anschlussstutzen weitgehend becherförmig mit mindestens einer einen Vorsprung ausbildenden, radialen Ausnehmung.In a further embodiment, the complementation of the high pressure port is achieved in the form of a so-called plugged solution. Here, a clamping sleeve is formed, which can be inserted into a correspondingly formed on the connecting piece receiving area. For example, the recess on the connecting piece is largely cup-shaped with at least one projection forming a radial recess.
Die Spannhülse ist weitgehend hülsenförmige, wobei ihre Außenseite konturiert ist. So weist ein Endbereich einen verjüngten Durchmesser auf, wobei ein Einführen in die bereitgestellte Ausnehmung des Anschlussstutzens erleichtert ist. Eine untere Ringfläche der Spannhülse liegt an einer Außenfläche der Hochdruckleitung an. Insbesondere presst die Spannhülse gegen die an dem Endstück der Hochdruckleitung ausgeformte radiale Schulter.The clamping sleeve is largely sleeve-shaped, with its outside contoured. Thus, an end portion has a tapered diameter, wherein insertion into the provided recess of the connecting piece is facilitated. A lower annular surface of the clamping sleeve abuts against an outer surface of the high-pressure line. In particular, the clamping sleeve presses against the formed on the end of the high-pressure line radial shoulder.
Ferner ist in einem Bereich der Spannhülse eine radiale Erweiterung unter Ausbildung eines Absatzes vorgesehen, auch als Halteabsatz bezeichnet, welcher in Eingriff mit dem Vorsprung steht, ausgebildet im becherförmigen Aufnahmebereich des Anschlussstutzens. Insbesondere umfasst dieser Absatz der Spannhülse einen steilen Winkel, so dass ein sicheres Verkeilen mit dem Vorsprung im Aufnahmebereich möglich ist. Further, in a region of the clamping sleeve, a radial extension to form a shoulder is provided, also referred to as a holding shoulder, which is in engagement with the projection, formed in the cup-shaped receiving area of the connecting piece. In particular, this paragraph of the clamping sleeve comprises a steep angle, so that a secure wedging with the projection in the receiving area is possible.
Die Spannhülse weist mindestens einen teilweisen oder durchgängigen Längsschlitz auf, so dass ein radiales Zusammendrücken der Spannhülse während eines Montagevorganges ermöglicht wird. Durch den Längsschlitz reduziert sich die radiale Biegesteifigkeit der Spannhülse, so dass ein Einführen in den becherförmigen Aufnahmebereich im Anschlussstutzen erleichtert wird. In dem Bereich, in dem der Halteabsatz ausgebildet ist und der den tragenden Bereich darstellt, zeigt die Spannhülse eine hohe axiale Steifigkeit.The clamping sleeve has at least one partial or continuous longitudinal slot, so that a radial compression of the clamping sleeve is made possible during a mounting operation. The longitudinal slot reduces the radial bending stiffness of the clamping sleeve so that insertion into the cup-shaped receiving area in the connecting piece is facilitated. In the area in which the holding shoulder is formed and which represents the bearing area, the clamping sleeve shows a high axial rigidity.
Am oberen Ende der Spannhülse kann ein Kragen ausgebildet sein, in dem insbesondere bei einer Demontage ein Werkzeug eingreifen kann, um die Spannhülse aus der Ausnehmung des Anschlussstutzens abzuziehen.At the upper end of the clamping sleeve, a collar may be formed in which a tool can engage, in particular during disassembly, in order to remove the clamping sleeve from the recess of the connecting piece.
Ferner kann an dem Anschlussstutzten eine Nut vorgesehen sein, in welche bei Montage und/oder Demontage des Hochdruckanschlusses ein entsprechendes Werkzeug eingreifen kann, um den Anschlussstutzen zu fixieren.Furthermore, a groove can be provided on the connecting piece, into which a corresponding tool can engage during assembly and / or disassembly of the high-pressure connection in order to fix the connecting piece.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung stellt einen Hochdruckanschluss bereit, welcher ein hohes Maß an Dichtheit bei deutlich geringeren statischen Vorspannkräften bereitstellt. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine Reduzierung der Anzugsmomente, bei der gesteckten Lösung sogar ein kompletter Entfall der Anzugsmomente. The proposed solution according to the invention provides a high-pressure connection, which provides a high degree of tightness at significantly lower static preload forces. Advantageously, this results in a reduction of the tightening torques, in the plugged solution even a complete elimination of the tightening torques.
Insbesondere vorteilhaft stellt sich dar, dass Betriebskräfte bei hohem Systemdruck reduziert werden. So minimieren sich die im Betrieb des Kraftstoffeinspritzsystems auftretenden Schwingungen, welche insbesondere am Endstück der Hochdruckleitung zu axialen Belastungen eventuell auch zu wechselnden Biegespannungen führen. Particularly advantageous turns out that operating forces are reduced at high system pressure. Thus, the vibrations occurring during operation of the fuel injection system, which lead to axial loads possibly also to changing bending stresses, in particular at the end of the high pressure line.
Auch ergibt sich vorteilhaft, dass auf einen als Stauchkopf ausgebildete Materialanhäufung in der Hochdruckleitung und/oder eine dickere Wandstärke gegebenenfalls am Anschlussstutzen, verzichtet werden kann. Somit wird ein hohes Maß an Designfreiheit erreicht. Darüber hinaus werden aufgrund des geringeren Materialaufwands Kosten gespart. It also results in an advantageous manner that it is possible to dispense with a material accumulation in the high-pressure line which is designed as an upsetting head and / or a thicker wall thickness, optionally on the connecting piece. Thus, a high degree of design freedom is achieved. In addition, costs are saved due to the lower material costs.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass durch den Einsatz des Dichtelements mit einer Feder-Dichtlinse gemäß der Erfindung eine aufwendige und damit kostenintensive Ausgestaltung von Anlageflächen entfallen. Das Dichtelement kann auf einfachste Weise Durchmesserunterschiede der hochdruckführenden Elemente ausgleichen. Darüber hinaus gleicht die in dem Dichtelement ausgeformte Feder-Dichtlinse Schiefstellungen und Winkelfehler der zu verbindenden Komponenten aus. Ebenfalls werden die beim Anziehen der Überwurfmutter in den Hochdruckanschluss eingeleitete Torsion durch die Feder-Dichtlinse in vorteilhafterweise aufgefangen.Another advantage results from the fact that eliminates the use of the sealing element with a spring-sealing lens according to the invention, a complex and therefore costly design of contact surfaces. The sealing element can compensate for differences in diameter of the high-pressure-carrying elements in the simplest way. In addition, the spring sealing lens formed in the sealing element compensates misalignments and angular errors of the components to be connected. Likewise, the torsion introduced when tightening the union nut into the high-pressure connection is advantageously absorbed by the spring-sealing lens.
Durch die hohe elastische Nachgiebigkeit der Feder-Dichtlinse werden Setzverluste, welche sich im Laufe des Betriebes einstellen können, ausgeglichen. Die Dichtlinse stellt bei der erfindungsgemäßen Anordnung das elastisch verformbare Element dar, während die weiteren Komponenten, beispielsweise Hochdruckleitung und Anschlussstutzen, in der Regel geringe Nachgiebigkeit aufweisen.Due to the high elastic compliance of the spring sealing lens setting losses, which can occur during operation, compensated. The sealing lens is in the inventive arrangement, the elastically deformable element, while the other components, such as high pressure line and connecting piece, usually have low compliance.
Bei Wiedermontage kann das Dichtelement mit wenig Aufwand ausgetauscht werden und damit die Dichtfunktion sicherstellen. Eine Demontage des Dichtelements ist sowohl bei der Befestigungsvariante mit der Überwurfmutter aber auch im Falle der gesteckten Lösung einfach durchzuführen.When reassembling, the sealing element can be replaced with little effort and thus ensure the sealing function. A disassembly of the sealing element is easy to perform both in the mounting variant with the union nut but also in the case of plugged solution.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Hochdruckanschluss zeichnet sich durch eine verbesserte Dichtwirkung aus. Bereits bei kleinen Axialkräften ergibt sich eine sehr hohe Flächenpressung, welche auf den linienförmigen Kontakt zwischen Dichtlinse und Dichtkante basiert. Daraus resultiert eine bessere Glättung und Anpassung an die Dichtflächen.The inventively proposed high-pressure connection is characterized by an improved sealing effect. Even with small axial forces results in a very high surface pressure, which is based on the linear contact between sealing lens and sealing edge. This results in a better smoothing and adaptation to the sealing surfaces.
In Zusammenhang mit den bekannten Dichtkegeln, bei denen verursacht durch den Innendruck und den radialen Komponenten der Dichtkraft hohe Spannungen auftreten, ergeben sich negative Wirkungen hinsichtlich der Schwingfestigkeit. Im Gegensatz dazu sind bei der erfindungsgemäßen Lösung Umfangsspannungen deutlich reduziert.In connection with the known sealing cones, which cause high stresses caused by the internal pressure and the radial components of the sealing force, there are negative effects in terms of fatigue strength. In contrast, circumferential stresses are significantly reduced in the solution according to the invention.
Die Dichtlinse dehnt sich durch den beaufschlagten Innendruck radial und axial aus, wobei sich die Flächenpressung des Dichtkontakts mit zunehmenden Druck erhöht und somit selbstverstärkend ist. The sealing lens expands radially and axially by the applied internal pressure, wherein the surface pressure of the sealing contact increases with increasing pressure and is therefore self-reinforcing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile und Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further advantages and embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen:Show it:
Gemäß dem Stand der Technik geht aus der Darstellung
In
Ausführungsvariantenvariants
In
Aus der Darstellung gemäß
Von einer ringförmigen Endfläche
In
Bei einer Beaufschlagung des Hochdruckkanals
Insbesondere in Anlehnung an
Der Darstellung gemäß
Ferner kann
Aus der Darstellung der
Aus der Darstellung der
Darüber hinaus kann die Spannhülse
Das in den
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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