DE10257953A1

DE10257953A1 - Injektor, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Injektors

Info

Publication number: DE10257953A1
Application number: DE2002157953
Authority: DE
Inventors: Kurt Frank
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2002-12-12
Filing date: 2002-12-12
Publication date: 2004-07-01

Abstract

Ein Injektor, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, besitzt einen im Wesentlichen zylindrischen Injektorkörper (10), an dessen einem (unteren) Ende eine Einspritzdüse (11) angeordnet und an dessen anderem (oberen) Ende ein zentraler (axialer) Anschluss (12, 12a, 12b) zur Kraftstoffzuführung ausgebildet ist. An dem Anschluss (12, 12a, 12b) ist ferner ein einen inneren Kraftstoffkanal (17, 18) aufweisendes Winkelstück (14, 14a, 14b) dichtend befestigt, in das eine Kraftstoff-Zuführungsleitung seitlich (19) einmündet, wobei das Winkelstück (14, 14a, 14b) zur Umleitung des radial zugeführten Kraftstoffs in Richtung des zentralen Anschlusses (12, 12a, 12b) koaxial zur Injektor-Längsachse (13) dient. DOLLAR A Eine wesentliche Besonderheit besteht darin, dass der Injektorkörper (10) im Bereich des zentralen (axialen) Anschlusses (12, 12a, 12b) mit dem Winkelstück (14, 14a, 14b) verschweißt (28) ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung bezieht sich auf einen Injektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beim Einbau von Injektoren in Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen ist der vorhandene Bauraum, z.B. durch flache Motorhauben, nach oben zumeist sehr begrenzt. Allgemein bekannter Stand der Technik sind deshalb CR-Injektoren mit seitlichem Hochdruckanschluss in geschraubter Ausführung. Diese benötigen zwar nur vergleichsweise wenig Bauraum, haben aber – auf Grund komplizierter „Verschneidungsgeometrie" – den Nachteil einer nur verhältnismäßig geringen Hochdruckfestigkeit.

Dem gegenüber bieten Injektoren mit zentralem (axialem, nach oben abgehendem) Hochdruckanschluss beste Voraussetzungen bezüglich Hochdruckfestigkeit. Sie haben sich indessen durch den einzuhaltenden Mindestbiegeradius der Einspritzleitungen im Bauraum als nicht optimal erwiesen.

Eine gewisse Abhilfe vermag hier ein an dem zentralen (axialen) Anschluss befestigtes Winkelstück zu verschaffen, das eine seitliche (radiale) Zuführung des Kraftstoffs ermöglicht, der dann innerhalb des Winkelstücks in die erforderliche Axialrichtung umgeleitet wird. Von einem entsprechenden Stand der Technik geht die vorliegende Erfindung unmittelbar aus.

Bekannt ist diesbezüglich ein CR-Injektor mit zentralem (axialem) Anschluss, mit dem das Winkelstück verschraubt ist. Diese Lösung ist zwar platzsparend, aber gleich wohl noch nicht bauraumoptimal. Sie weist zudem den Nachteil vieler Dichtstellen auf, die nicht nur teuer in der Herstellung sind, sondern auch die Gefahr der Undichtigkeit in sich bergen. Darüber hinaus lässt sich eine Lockerung bzw. ein Lösen der Verschraubung nicht gänzlich ausschließen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Injektor mit zentralem Anschluss, an dem ein Winkelstück befestigt ist, so zu verbessern, dass er – bei kostengünstiger Herstellbarkeit – einerseits nur geringstmöglichen Bauraum benötigt und sich andererseits durch optimale Hochdruckfestigkeit, Dichtheit und Zuverlässigkeit auszeichnet.

Vorteile der Erfindung

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Injektor der eingangs bezeichneten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Ausgestaltungen des Grundgedankens der Erfindung enthalten die Patentansprüche 2 – 7.

Vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen zur Herstellung des erfindungsgemäßen Injektors sind den Patentansprüchen 8 – 10 zu entnehmen.

Die Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik, bei dem das Winkelstück mit dem Injektorkörper verschraubt ist, liegen zum einen in der einfacheren und kostensparenden Herstellbarkeit (keine Schraubgewinde erforderlich) und dem Wegfall von Teilen (Entfallen einer Spann- bzw. Verbindungsmutter). Zum anderen kann kein unerwünschtes Lockern oder Lösen der Schweißverbindung erfolgen, und es sind Hochdruckfestigkeit und Dichtheit gewährleistet. Ferner benötigt die erfindungsgemäße Schweißverbindung weniger Bauraum als die bisherige Schraubverbindung von Injektorkörper und Winkelstück.

Zur Veranschaulichung und näheren Erläuterung der Erfindung dienen Ausführungsbeispiele, die in der Zeichnung dargestellt und im Folgenden detailliert beschrieben sind. Es zeigt:
1 eine Ausführungsform eines CR-Injektors, teilweise in Ansicht, teilweise im vertikalen Längsschnitt,
2 eine andere Ausführungsform eines CR-Injektors, in Darstellung entsprechend 1 (nur oberer Bereich des Injektorkörpers dargestellt), und
3 eine dritte Variante eines CR-Injektors, in Darstellung entsprechend 2.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In 1 bezeichnet 10 einen Injektorkörper, der in üblicher Weise aus mehreren Teilen zusammengesetzt ist und an seinem unteren Ende eine Einspritzdüse 11 aufweist. Am anderen (oberen) Ende des Injektorkörpers 10 ist ein zentraler Anschluss 12 ausgebildet, welcher der (axialen) Zuführung von unter hohem Druck stehendem Kraftstoff, z.B. aus einem Hochdruckspeicher ( sog. Common-Rail), dient. Der hohlkegelförmig ausgebildete, sich in Kraftstoff-Förderrichtung 13 verjüngende Anschluss 12 geht innerhalb des Injektorkörpers 10 über in einen axial durchgehenden, in die Einspritzdüse 11 mündenden Kraftstoff-Führungskanal, der in herkömmlicher Weise ausgebildet sein kann, weshalb auf eine detaillierte zeichnerische Darstellung verzichtet wurde.
Am oberen Ende des Injektorkörpers 10 ist ein insgesamt mit 14 beziffertes Winkelstück angeordnet, das aus einem horizontal oder im Wesentlichen horizontal ausgerichteten Anschlussstutzen 15 und einem hierzu im rechten Winkel stehenden, koaxial oder im Wesentlichen koaxial zum Injektorkörper 10 ausgerichteten Verbindungsstutzen 16 besteht. Innerhalb des Winkelstücks 14 verläuft ein aus zwei rechtwinklig zueinander stehenden, miteinander verbundenen Bohrungen 17, 18 bestehender Flüssigkeitskanal, welcher die Funktion hat, den dem Winkelstück 14 seitlich (in Pfeilrichtung 19) zugeleiteten Kraftstoff in Achsrichtung 13 des Injektorkörpers 10 umzuleiten. Zur Befestigung einer entsprechend in Pfeilrichtung 19 herangeführten Hochdruckleitung (nicht gezeigt) dient eine Überwurfmutter 20, die auf den ein entsprechendes Gewinde 21 aufweisenden Anschlussstutzen 15 des Winkelstücks 14 aufgeschraubt ist.
Wie des Weiteren aus 1 hervorgeht, besitzt der Injektorkörper 10 an seinem oberen Ende – hierbei den zentralen Anschluss 12 konzentrisch umgebend – einen zylindrischen Fortsatz 22, der in eine zylindrische Vertiefung 23 gleichen Durchmessers des Winkelstücks 14 eingepasst ist.
Am Injektorkörper 10 ist eine den Fortsatz 22 ringförmig umgebende und nach unten hin begrenzende Stirnfläche 24 ausgebildet, der bei der durch 1 dargestellten Montageposition eine entsprechende ringförmige Stirnfläche 25 am Winkelstück 14 gegenüberliegt.
Ein wichtiges Merkmal der Ausführungsform nach 1 besteht des Weiteren darin, dass am Winkelstück 14, ausgehend von einem Boden 26 der zylindrischen Vertiefung 23, ein kegelstumpftörmiger Fortsatz 27 ausgebildet ist, der mit einer – den zentralen Anschluss 12 des Injektor bildenden – konischen Vertiefung im zylindrischen Fortsatz 22 des Injektorkörpers 10 dichtend zusammenwirkt. Dicht- bzw. Gegendichtflächen sind hierbei also der Außenumfang des kegelstumpfförmigen Fortsatzes 27 einerseits und die Innenfläche der konischen Vertiefung (zentraler Anschluss 12) andererseits.
Wesentlich ist die Art der Verbindung von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14. Diese erfolgt durch Verschweißung am Außenumfang der sich gegenüberliegenden Stirnflächen 24, 25 durch eine umlaufende Schweißnaht 28.
Eine verfahrensmäßige Besonderheit besteht hierbei darin, dass die Verschweißung 28 von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14 bei dichtender Anlage der konischen Dichtfläche 27 des Winkelstücks 14 und der hohlkegelförmigen Gegendichtfläche 12 des Injektorkörpers 10 erfolgt, was dadurch realisiert zu werden vermag, dass während des Schweißvorgangs auf das Winkelstück 14 eine in Richtung des Injektorkörpers 10 gerichtete, die Dichtwirkung von Dichtfläche 27 und Gegendichtfläche 12 herstellende und aufrechterhaltende Axialkraft F aufgebracht wird.
Bei Bedarf kann die Axialkraft F auch noch während des Abkühlvorgangs der Schweißverbindung 28 aufrechterhalten bleiben.
Ein spezieller Vorteil der Ausführungsform nach 1, bei der die Verschweißung von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14 unter Vorspannung (F) erfolgt, liegt darin, dass die mechanische Verbindung einerseits und die Hochdruckabdichtung der beiden Teile 10, 14 andererseits funktionell getrennt sind.
Bei der Variante nach 2 sind – der Übersichtlichkeit und des besseren Verständnisses halber – die der Ausführungsform nach 1 entsprechenden Teile mit denselben Bezugszeichen wie dort beziffert, wobei Abweichungen jeweils durch den ergänzenden Buchstaben „a" kenntlich gemacht sind.
Auch bei dem Injektor nach 2 ist – im Prinzip ähnlich wie bei der Ausführungsform nach 1 – unabhängig von den einander gegenüberliegenden und durch die umlaufende Schweißnaht 28 miteinander verbundenen Stirnflächen 24, 25 des Injektorkörpers 10 einerseits und des Winkelstücks 14a andererseits äm Winkelstück 14a eine Dichtfläche 23a und am Injektor 10 eine mit dieser dichtend zusammenwirkende Gegendichtfläche 29 ausgebildet. Eine Besonderheit der Variante nach 2 gegenüber der Ausführungsform nach 1 besteht jedoch darin, dass in (verschweißter) Montagestellung von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14a der zylindrische Fortsatz 22 des Injektorkörpers 10 in die zylindrische Vertiefung 23a des Winkelstücks 14a durch Presspassung dichtend eingepasst ist, derart, dass die zylindrische Umfangsfläche 29 des Fortsatzes 22 die Gegendichtfläche und die zylindrische Innenwandung der Vertiefung 23a die Dichtfläche bildet. Wegen des dichtenden Presssitzes bei 29 wird bei der Ausführungsform nach 2 ein vom Boden 26a der Vertiefung 23a ausgehender kegeliger Fortsatz (in 1 mit 27 beziffert) entbehrlich.
Auch bei der Ausführungsform nach 3 ist – ebenso wie bei den Varianten nach 1 und 2 – eine funktionelle Trennung der mechanischen Verbindung von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14b und der hochdruckresistenten-Abdichtung dieser beiden Bauteile gegeneinander vorgesehen.
Wiederum sind die den Ausführungsformen nach 1 und 2 entsprechenden Elemente mit denselben Bezugszeichen wie dort versehen und bei Abweichungen durch den Buchstaben „b" ergänzt.
Ein Unterschied gegenüber 1 besteht bei der Variante nach 3 darin, dass der zentrale (axiale) Anschluss 12b des Injektors 10 nicht hohlkegelförmig, sondern abgesetzt zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Anschluss 12b nach 3 zunächst einen wesentlich größeren Durchmesser aufweist als der (ebenfalls zylindrische) Anschluss 12a nach 2. In den Anschlussabschnitt 12b ist eine zylindrische Hülse 30 dichtend eingepresst, wobei sie – wie gezeigt – mit ihrem unteren Ende auf einem Absatz 31 des Anschlussabschnitts 12b zur Anlage kommen kann. Dort verjüngt sich der Anschluss stufenförmig in einen Anschlussabschnitt 12c (der in etwa den Durchmesser wie der Anschluss 12a in 2 besitzen kann).
Eine weitere Besonderheit der Ausführungsform nach 3 besteht darin, dass die – mit 23b bezifferte – Vertiefung im Winkelstück 14b eine wesentlich größere Länge aufweist als die entsprechenden Vertiefungen 23 und 23a bei den Varianten nach 1 und 2. Der Durchmesser der Vertiefung 23b entspricht exakt dem Durchmesser des Anschlussabschnitts 12b im Injektorkörper 10. 3 macht deutlich, dass die Hülse 30 – ebenso wie in den Anschlussabschnitt 12b – auch in die Vertiefung 23b eingepasst ist, und zwar wiederum unter dichtender Pressung. Es ergeben sich dadurch zwei unter dichtender Presspassung stehende Bereiche 32 und 33, erzeugt durch die gemeinsame Hülse 30.
Aus 3 ist weiterhin ersichtlich, dass die Hülse 30 eine zu den axial Bohrungen 1-2c bzw. 18 von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14b koaxiale Durchgangs bohrung 31 aufweist. Die eingepresste Hülse 30 sorgt vorteilhafterweise dafür, dass die Schweißverbindung 28 von Injektorkörper 10 und Winkelstück 14b nicht der Belastung durch den die Bohrungen 17, 18, 31 und 12c durchströmenden, unter Hochdruck stehenden Kraftstoff ausgesetzt ist.

Claims

Injektor, insbesondere für Common-Rail-Einspritzsysteme von Brennkraftmaschinen, mit einem im Wesentlichen zylindrischen Injektorkörper (10), an dessen einem (unteren) Ende eine Einspritzdüse (11) angeordnet und an dessen anderem (oberen) Ende ein zentraler (axialer) Anschluss (12, 12a ,12b) zur Kraftstoffzuführung ausgebildet ist, an dem ein einen inneren Kraftstoffkanal (17, 18) aufweisendes Winkelstück (14, 14a, 14b) dichtend befestigt ist, in das eine Kraftstoff-Zuführungsleitung seitlich (19) einmündet, wobei das Winkelstück (14, 14a, 14b) zur Umleitung des radial zugeführten Kraftstoffs in Richtung des zentralen Anschlusses (12, 12a, 12b) koaxial zur Injektor-Längsachse (13) dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Injektorkörper (10) im Bereich des zentralen (axialen) Anschlusses (12, 12a, 12b) mit dem Winkelstück (14, 14a, 14b) verschweißt (28) ist.
Injektor nach Anspruch 1, wobei das Winkelstück (14, 14a, 14b) einen mit der Kraftstoff-Zuführungsleitung verbundenen radialen oder im Wesentlichen radialen Anschlussstutzen (15) und einen koaxial zum zentralen (axialen) Anschluss (12, 12a, 12b) des Injektorkörpers (10) angeordneten Verbindungsstutzen (16, 16a, 16b) aufweist, und wobei am Injektorkörper-Anschluss (12, 12a, 12b) einerseits und am Verbindungsstutzen (16, 16a, 16b) des Winkelstücks (14, 14a, 14b) andererseits Stirnflächen (24 bzw. 25) ausgebildet sind, die sich gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, dass Injektorkörper (10) und Winkelstück (14, 14a, 14b) am Außenumfang der sich gegenüberliegenden Stirnflächen (24, 25) durch eine umlaufende Schweißnaht (28) verbunden sind.
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (12, 12a) des Injektorkörpers (10) einen von der injektorkörperseitigen Stirnfläche (24) konzentrisch umgebenen zylindrischen Fortsatz (22) aufweist und dass in das Winkelstück (14, 14a) eine von der winkelstückseitigen Stirnfläche (25) konzentrisch umgebene zylindrische Vertiefung (23, 23a) eingearbeitet ist und dass in (verschweißter) Montagestellung von Injektorkörper (10) und Winkelstück (14, 14a) der zylindrische Fortsatz (22) in die zylindrische Vertiefung (23, 23a) eingepasst ist (1 und 2).
Injektor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass – unabhängig von den einander gegenüberliegenden und durch die umlaufende Schweißnaht (28) miteinander verbundenen Stirnflächen (24, 25) des Injektorkörpers (10) einerseits und des Winkelstücks (14, 14a) andererseits – am Winkelstück (14, 14a) eine Dichtfläche (27, 23a) und am Injektor (10) eine mit dieser dichtend zusammenwirkende Gegendichtfläche (12, 29) ausgebildet ist (1 und 2).
Injektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in (verschweißter) Montagestellung von Injektorkörper (10) und Winkelstück (14a) der zylindrische Fortsatz (22) des Injektorkörpers (10) in die zylindrische Vertiefung (23a) des Winkelstücks (14a) durch Presspassung dichtend eingepasst ist, derart, dass die zylindrische Umfangsfläche (29) des Fortsatzes (22) die Gegendichtfläche und die zylindrische Innenwandung der Vertiefung (23a) die Dichtfläche bildet (2).
Injektor nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Winkelstück (14), ausgehend von einem Boden (26) der zylindrischen Vertiefung (23), ein kegelstumpfförmiger Fortsatz (27) ausgebildet ist, der mit einer – den zentralen Anschluss (12) des Injektors bildenden – konischen Vertiefung im zylindrischen Fortsatz (22) des Injektorkörpers (10) dichtend zusammenwirkt (1).
Injektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die einander gegenüberliegenden Stirnflächen (24, 25) von Injektorkörper (10) einerseits und Winkelstück (14b) andererseits je eine zylindrische Vertiefung (12b bzw. 23b) eingearbeitet ist, deren Durchmesser einander entsprechen, und dass in die Vertiefung (12b) des Injektorkörpers (10) einerseits und in die Vertiefung (23b) des Winkelstücks (14b) andererseits eine gemeinsame Hülse (30) mit einer zu den Axialbohrungen (12c bzw. 18) von Injektorkörper (10) und Winkelstück (14b) koaxialen Durchgangsbohrung (31) dichtend eingepresst ist (3).
Verfahren zur Herstellung eines Injektors nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschweißung (28) von Injektorkörper (10) und Winkelstück (14) bei dichtender Anlage der konischen Dichtfläche (27) des Winkelstücks (14) und der hohlkegelförmigen Gegendichtfläche (12) des Injektorkörpers (10) erfolgt (1).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Schweißvorgangs auf das Winkelstück (14) eine in Richtung des Injektorkörpers (10) gerichtete, die Dichtwirkung von Dichtfläche (27) und Gegendichtfläche (12) herstellende und aufrechterhaltende Axialkraft (F) aufgebracht wird (1).
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialkraft (F) auch noch während des Abkühlvorgangs der Schweißverbindung (28) aufrechterhalten wird.