DE10221653A1

DE10221653A1 - Verbindungsanordnung mit integrierter Drossel

Info

Publication number: DE10221653A1
Application number: DE2002121653
Authority: DE
Inventors: Helmut Hummel; Georg Weigl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-12-04
Also published as: WO2003098030A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur Verbindung einer Leitung (3) mit einem Rail (1). Die Verbindungsanordnung umfasst eine am Rail (1) befestigte erste Hülse (2) und eine in der ersten Hülse (2) angeordnete zweite Hülse (5). Die zweite Hülse (5) ist zwischen der Leitung (3) und dem Rail (1) angeordnet und wird mittels einer Überwurfmutter (4) über einen am Ende der Leitung (3) ausgebildeten Nippel (14) fixiert. In der zweiten Hülse (5) ist dabei eine Drosseleinrichtung (7) ausgebildet.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit integrierter Drossel für ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Anschlussverbindung einer Leitung an einen Kraftstoffspeicher (Rail).
Bei Kraftstoffeinspritzsystemen wie z. B. Common-Rail-Systemen ist ein Kraftstoffspeicher (Rail) vorhanden, von welchem mehrere Abzweigleitungen zu den jeweiligen Injektoren abgehen. Die Abzweigleitungen werden in einer am Rail angeordneten Hülse positioniert und mittels einer Überwurfmutter an der Hülse befestigt. Eine Abdichtung zwischen der Leitung und dem Rail wird dabei durch das Anzugsmoment der Überwurfmutter sichergestellt. Bei einer derartigen Befestigung der Leitung am Rail können jedoch Verspannungen zwischen den einzelnen Bauteilen infolge von Fertigungstoleranzen der jeweiligen Bauteile auftreten, so dass beim Anziehen der Überwurfmutter erhebliche mechanische Spannungen in die Leitung und das Rail eingebracht werden können. Da Speichereinspritzsysteme unter sehr hohem Druck betrieben werden, können diese zusätzlichen Spannungszustände zu Defekten an der Verbindungsanordnung zwischen Leitung und Rail führen.

Aus der DE 196 06 946 ist eine Anschlussverbindung für eine Kraftstoffhochdruckleitung bekannt, bei der zwischen dem Rail und der Leitung ein Leitungszwischenstück angeordnet ist. Dieses Leitungszwischenstück ist dabei für einen Ausgleich von Maß- und Winkeltoleranzen vorgesehen.

Um bei Motoren mit Hochdruckeinspritzsystem eine optimale Motorabstimmung zu erreichen, ist es notwendig, sehr genaue Einspritzmengen zu realisieren. Hierzu ist es notwendig, die im Betrieb auftretenden Druckpulsationen im Speichervolumen und den Leitungen durch die Hochdruckpumpe und die Einspritzvorgänge zu reduzieren bzw. möglichst vollständig zu eliminieren. Hierzu werden bisher Drosseln am Pumpenausgang bzw. am Injektor vorgesehen. Weiterhin ist bekannt, durch Ausbildung einer Stufenbohrung im Rail an der Anschlussstelle zur Leitung eine Drosselwirkung hervorzurufen. Diese Stufenbohrung bringt jedoch ungewünschte Spannungen in das Rail, wobei insbesondere an den Ecken der Stufenbohrung aufgrund der hohen Drücke Rissbildungen usw. auftreten können. Weiterhin sind die bekannten Verbindungsanordnungen sehr aufwendig und weisen hohe Herstellungskosten auf.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem bereitzustellen, welches bei einfachem Aufbau und einfacher, kostengünstiger Herstellbarkeit einen Ausgleich fertigungsbedingter Toleranzen und eine Anordnung einer Drossel an der Verbindungsstelle zwischen Rail und Leitung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Anschlussverbindung einer Leitung an einen Kraftstoffspeicher (Rail) ermöglicht eine einfache Anordnung einer Drosseleinrichtung an die Übergangsstelle zwischen der Leitung und dem Rail. Die Drosseleinrichtung wird hierbei in die Verbindungsanordnung integriert. Die Verbindungsanordnung umfasst eine am Rail befestigte erste Hülse und eine zweite Hülse, welche innerhalb der ersten Hülse angeordnet ist. Hierbei ist die Drosseleinrichtung in der zweiten Hülse angeordnet. Weiterhin dient die zweite Hülse zum Ausgleich toleranzbedingter Maßabweichungen der Bauteile der Verbindungsanordnung, so dass Spannungen nach der Montage der Leitung am Rail in größtmöglichem Umfang vermieden werden können. Durch die Anordnung der Drossel an der Übergangsstelle zwischen dem Rail und der Leitung kann somit eine verbesserte Verringerung der im Betrieb des Motors auftretenden Druckpulsationen im Kraftstoffzuleitungsbereich erreicht werden. Die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung weist weiterhin den Vorteil auf, dass sie auch bei schon im Einsatz befindlichen Einspritzsystemen einfach nachgerüstet werden kann, da üblicherweise die ersten Hülsen (Außenhülsen) am Rail vorhanden sind. Weiterhin kann durch die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung mit integrierter Drossel für jede Zuleitung zum Injektor eine unterschiedliche Drosselwirkung durch Einbau verschiedener Innenhülsen mit unterschiedlichen Drosseleinrichtungen erreicht werden. Dadurch kann eine Optimierung hinsichtlich der Verringerung der Druckpulsationen für jeden Injektor erreicht werden.

Um eine besonders einfache und kostengünstige Herstellbarkeit der integrierten Drosseleinrichtung bereitzustellen, ist die Drosseleinrichtung durch einen Leitungsinnendurchmesser der zweiten Hülse bestimmt. Besonders bevorzugt bleibt der Leitungsinnendurchmesser der zweiten Hülse dabei über die Länge des Leitungsstücks in der zweiten Hülse konstant. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ändert sich der Leitungsinnendurchmesser über die Länge der Leitung in der zweiten Hülse. Dies kann beispielsweise kontinuierlich oder in abgestufter Weise erfolgen.

Um einen besonders sicheren und einfachen Ausgleich von Toleranzabweichungen, insbesondere Winkeltoleranzabweichungen, zu ermöglichen, ist zwischen der zweiten Hülse und dem Rail eine kugelsegmentförmige Dichtung ausgebildet. Hierbei ist am Rail eine konusförmige Geometrie und an der zweiten Hülse eine kugelsegmentförmige Fläche ausgebildet. Weiterhin bevorzugt ist an der Leitung eine kugelsegmentförmige Dichtung und an der zweiten Hülse eine konusförmige Dichtfläche ausgebildet, so dass ein Winkelausgleich ohne Reduzierung der Dichtigkeit zwischen der zweiten Hülse und den anderen Bauteilen auftritt. Durch Ausgestaltung der Dichtflächenpaare als Konus-/Kugelsegmentfläche kann eine hochdichte, linienförmige Abdichtung erhalten werden.

Weiter bevorzugt weist die zweite Hülse an den Dichtbereichen zum Rail bzw. zur Leitung unterschiedliche Härten auf. Dies kann beispielsweise durch eine gezielte Wärmebehandlung der jeweiligen Dichtflächen der zweiten Hülse, beispielsweise mittels Induktionshärten, Glühen usw. ermöglicht werden. Dadurch kann auf beiden Dichtseiten der Hülse jeweils eine optimale Konfiguration hinsichtlich der Dichtheit auf das jeweils anliegende Bauteil erreicht werden. Hierbei sei angemerkt, dass, um Beschädigungen am Rail zu vermeiden, die Dichtfläche der zweiten Hülse, welche zum Rail hin gerichtet ist, vorzugsweise nicht so hart ist, wie die Dichtfläche am Rail, so dass eine Verformung der Dichtfläche am Rail verhindert werden kann.

Vorzugsweise ist zwischen der ersten Hülse und der zweiten Hülse ein O-Ring angeordnet. Dieser O-Ring ermöglicht eine ideale Zentrierung der zweiten Hülse in der ersten Hülse. Weiterhin ermöglicht der O-Ring eine Sicherung der zweiten Hülse gegen Verlust nach der Montage.

Weiterhin bevorzugt ist zwischen der zweiten Hülse und der ersten Hülse eine Führungsfläche ausgebildet. Dadurch kann eine extreme Schrägstellung der zweiten Hülse in der ersten Hülse verhindert werden, was zur Stabilität der Verbindung im montierten Zustand beiträgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Verbindungsanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung eine erste Hülse 2, welche mittels Schweißen am Rail 1 befestigt ist. Das Rail 1 ist eine längliche Speichereinrichtung zur Speicherung von Kraftstoff unter hohem Druck mit einem vorbestimmten Volumen. In radialer Richtung des Rails sind eine Vielzahl von Radialleitungen 15 vorgesehen, um Kraftstoff vom Speichervolumen zu einem Injektor über eine Leitung 3 zu führen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, ist innerhalb der ersten Hülse 2 eine zweite Hülse 5 angeordnet. Die zweite Hülse 5 weist eine Durchgangsbohrung auf, in der eine Drossel 7 angeordnet ist. Die Drossel 7 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Durchgangsbohrung mit gleichbleibendem Durchmesser D1 ausgebildet. An dem zum Rail gerichteten Ende der zweiten Hülse 5 ist eine kugelsegmentförmige Dichtfläche 8 ausgebildet und am entgegengesetzten, zur Leitung 3 gerichteten Ende der Hülse 5 ist eine konusförmige Dichtfläche 12 gebildet. Weiterhin weist die zweite Hülse 5 an ihrem Außenumfang eine ringförmige Ausnehmung 16 zur Aufnahme eines O-Rings 6 auf.
Die Radialleitung 15 des Rails 1 weist einen Durchmesser D3 auf und bildet an ihrem nach außen gerichteten Ende eine konusförmige Dichtfläche 9. Der Durchmesser D1 an der Drossel 7 ist dabei kleiner als der Durchmesser D3 der Radialleitung 15 bzw. der Durchmesser D2 der Leitung 3. Dadurch können an der Drossel 7 Druckpulsationen im Einspritzsystem gedämpft werden. Die konusförmige Dichtfläche 9 steht dabei im montierten Zustand mit der kugelsegmentförmigen Dichtfläche 8 in Kontakt, um eine Abdichtung zwischen dem Rail 1 und der zweiten Hülse 5 sicherzustellen. An ihrem anderen Ende steht die konusförmige Dichtfläche 12 der zweiten Hülse 5 mit einer an einem Ende der Leitung 3 gebildeten Nippel 14 in Verbindung. Am Nippel 14 ist ebenfalls eine kugelsegmentförmige Dichtfläche 13 ausgebildet, um eine Abdichtung zwischen der Leitung 3 und der zweiten Hülse 5 zu erreichen.
Wie in Fig. 1 gezeigt, erfolgt eine Befestigung der Leitung 3 am Rail 1 mittels einer Überwurfmutter 4, welche in ein an der ersten Hülse 2 ausgebildetes Außengewinde eingreift. Dabei weist die Überwurfmutter 4 eine im Wesentlichen topfförmige Form mit einer Durchgangsöffnung für die Leitung 3 auf und liegt am hinteren Ende des Nippels 14 an, um die Leitung 3 am Rail 1 zu befestigen.
Um eine möglichst geringe Neigung der zweiten Hülse 5 innerhalb der ersten Hülse 2 zu erreichen, ist zwischen den beiden Hülsen ein Führungsbereich 10 vorgesehen. Dabei ist vorzugsweise zwischen Hülse 5 und Führung 10 ein Spalt vorzusehen, um Fertigungstoleranzen (Koaxialität zwischen Hülse 2 und Dichtfläche 9) ausgleichen zu können.
Weiterhin ist an der Innenseite der ersten Hülse 2 eine zylinderringförmige Ausnehmung 11 vorgesehen, welche zur Aufnahme des O-Rings 6 dient (vgl. Fig. 1).
Wenn beispielsweise aufgrund einer ungünstigen Aufsummierung von Toleranzabweichungen der einzelnen Bauteile die zweite Hülse 5 nicht mehr senkrecht auf dem Rail, sondern mit einer gewissen Winkligkeit stehen sollte, kann dies durch die kugelsegmentförmigen Dichtflächen zwischen der zweiten Hülse 5 und dem Rail 1 bzw. zwischen der zweiten Hülse 5 und dem Nippel 14 ausgeglichen werden. Wie weiterhin aus Fig. 1 ersichtlich ist, kann durch einfache Auswahl des Innendurchmessers D1 die Drosselwirkung der Drossel 7 einfach vorbestimmt werden. Dabei ist es auch einfach möglich, beispielsweise aufgrund veränderter Betriebsparameter, die zweite Hülse 5 durch eine andere Hülse mit anderer Drosselwirkung auszutauschen. Weiterhin kann durch Vorsehen der erfindungsgemäßen kugelsegmentförmigen Dichtflächen auch ein vorbestimmter Schwenkbereich von ca. ±2° zwischen der Leitung und dem Rail realisiert werden, wodurch insbesondere die Montage erleichtert wird. Weiterhin kann durch gezielte Wärmebehandlung der Dichtflächen 8, 12 der zweiten Hülse 5 eine optimale Anpassung der Härte der Hülse 5 an die jeweils anliegenden Bauteile erreicht werden. Vorzugsweise erfolgt Härtung der Dichtflächen 8, 12 dabei derart, dass die Dichtflächen keine so große Härte wie die Dichtfläche 9 am Rail 1 bzw. die Dichtfläche 13 am Nippel 14 aufweisen, so dass bei einer eventuell beim Anziehen der Überwurfmutter auftretenden Überbelastung eine Verformung an der zweiten Hülse 5 auftritt und nicht an den anderen Bauteilen. Weiterhin können durch gezieltes Härten der jeweiligen Dichtflächen an den Bauteilen bzw. der zweiten Hülse 5 optimale Dichteigenschaften eingestellt werden.
Da die zweite Hülse 5 einfach austauschbar ist, ist die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung besonders gut für eine Serienfertigung geeignet, da beispielsweise für Motoren unterschiedlicher Fahrzeughersteller jeweils nur die Innenhülse 5 ausgetauscht werden muss, um das Einspritzsystem an die jeweiligen speziellen Einsatzbedingungen anzupassen. Dadurch kann eine signifikante Kosteneinsparung durch eine große Anzahl von Gleichteilen an der Verbindung zwischen Rail und Leitung erreicht werden. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung auch gut für eine Nachrüstung von schon im Einsatz befindlichen Einspritzsystemen geeignet, bei denen noch keine Drosseleinrichtung zwischen dem Rail und der Leitung vorhanden ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es können verschiedene Abweichungen und Änderungen ausgeführt werden, ohne den Erfindungsumfang zu verlassen.

Claims

1. Verbindungsanordnung für ein Kraftstoffeinspritzsystem zur Anschlussverbindung einer Leitung (3) an eine Speichereinrichtung (1), umfassend eine an der Speichereinrichtung befestigte erste Hülse (2), eine in der ersten Hülse (2) angeordnete zweite Hülse (5), welche zwischen der Leitung (3) und der Speichereinrichtung (1) angeordnet ist, und eine Überwurfmutter (4), welche an der ersten Hülse (2) befestigbar ist, um die Leitung (3) über einen am Ende der Leitung (3) ausgebildeten Nippel (14) gegen die zweite Hülse (5) zu drücken, wobei in der zweiten Hülse (5) eine Drosseleinrichtung (7) angeordnet ist.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinrichtung (7) integral in der zweiten Hülse (5) durch einen vorbestimmten Leitungsinnendurchmesser (D1) bestimmt ist.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsinnendurchmesser (D1) der Drosseleinrichtung (7) über die Länge der Drosseleinrichtung (7) gleichbleibend ist.

4. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsinnendurchmesser (D1) der Drosseleinrichtung (7) sich über die Länge der Drosseleinrichtung (7) ändert.

5. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Hülse (2) und der zweiten Hülse (5) ein O-Ring (6) angeordnet ist.

6. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der zweiten Hülse (5) und der Speichereinrichtung (1) eine durch eine kugelsegmentförmige Dichtfläche (8) und eine konusförmige Dichtfläche (9) ausgebildete Dichtung vorgesehen ist und/oder zwischen der zweiten Hülse (5) und der Leitung (3) eine durch eine kugelsegmentförmige Dichtfläche (13) und eine konusförmige Dichtfläche (12) ausgebildete Dichtung vorgesehen ist.

7. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an der zweiten Hülse (5) ausgebildeten Dichtflächen (8, 12) unterschiedliche Härten aufweisen.

8. Verbindungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Härte der Dichtfläche (8) der zweiten Hülse (5) kleiner als die Härte der Dichtfläche (9) des Rails ist und die Härte der Dichtfläche (12) der zweiten Hülse (5) kleiner als die Härte der Dichtfläche (13) des Nippels (14) ist.

9. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Hülse (2) und der zweiten Hülse (5) ein Führungsbereich (10) ausgebildet ist.