DE19606946A1

DE19606946A1 - Anschlußverbindung einer Kraftstoffhochdruckleitung an eine ortsfeste Anschlußstelle

Info

Publication number: DE19606946A1
Application number: DE1996106946
Authority: DE
Inventors: Ronald Dipl Ing Hegner
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH; MTU Motoren und Turbinen Union Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1996-02-23
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2016-02-24
Also published as: DE19606946C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anschlußverbindung einer zwei ortsfeste Anschlußstellen flüssigkeitsleitend verbindende Kraftstoffhochdruckleitung mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmalen.

Aus der DE 195 23 287 A1 ist eine derartige Verbindungsanordnung zum Verbinden eines Abzweigeelements mit einer Hochdruck-Kraftstoffschiene bekannt. Dort ist ein Abzweigeelement mit einem Zentrierkopf versehen, welcher durch Festziehen der Überwurfmutter das Abzweigeelement selbstwirkend gegenüber der mit dem Zentrierkopf zusammenwirkenden gewölbten Widerlagefläche ausrichtet, um eine dichte Verbindung unter Druckkontakt bei angezogener Überwurfmutter zu sichern.

Die Nachteile dieser Anordnung bestehen darin, daß eben das Ausrichten des Abzweigeelements, sprich der Kraftstoffhochdruck-Leitung, beim Festziehen der Überwurfmutter zu einer Auslenkung der Kraftstoffhochdruckleitung führt. Diese ist besonders bei durchmesserstarken Kraftstoffhochdruckleitungen mit geringer Gesamtlänge Ursache dafür, daß die Kraftstoffhochdruckleitung in ihrem beidseitig festgeschraubten Einbauzustand verspannt wird. Außerdem ist der Betrag der Auslenkstrecke während des Zentiervorgangs abhängig vom Betrag der fertigungsbedingten Winkel- und Maßabweichungen der Hochdruckleitung. Selbst bei einer Aufsummierung der innerhalb der Fertigungstoleranzen liegenden vielschichtigen Winkel- und Maßabweichungen, bauen sich durch die punktgenaue Ausrichtung des Leitungsendes beim Anziehen dem Überwurfmutter erhebliche mechanische Spannungen in der Hochdruckleitung auf, welche im wesentlichen von der abdichtenden Anpreßpaarungen an den Verbindungsanschlüssen aufgenommen werden müssen. Diese Spannungszustände führen dann im Motorbetrieb bei der durch die hohen Kraftstoffdrücke von beispielsweise 1000 bar ohnehin hochbelasteten Rohrverbindungen zu zusätzlichen Beanspruchungen, so daß infolge der über einen längeren Zeitraum hinweg häufigen und zu Vibrationen führenden Be- und Entlastungen der Kraftstoffhochdruckleitung Defekte in der Anschlußverbindung auftreten und diese insbesondere undicht werden.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anschlußverbindung zu schaffen, die selbst bei hohem Kraftstoffbetriebsdruck und hoher Dauerschwingungsbelastung den Verbindungsbereich zuverlässig abdichtet.

Zur Lösung dieses Problems ist die eingangs genannte Anordnung durch die Merkmale der kennzeichnenden Teile der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 weitergebildet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Damit der Vorteil erzielbar, daß Winkel- und Maßabweichungen bei Hochdruckleitungen durch eine entsprechend ausgeprägte schiefe Einbaulage des Leitungszwischenstücks innerhalb des Anschlußstücks an der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung kompensiert werden können. Insbesondere durch die mit der zusätzlichen Verbindungsstelle zwischen Leitungszwischenstück und Kraftstoff-Hochdruckleitung gewonnenen Freiheitsgrade können innerhalb des konstruktiv vorgesehenen Bereiches sämtliche Maßungenauigkeiten der Kraftstoffhochdruckleitung durch entsprechendes Ausrichten des Anschlußstücks relativ zur Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung und/oder entsprechende Stellung des Leitungszwischenstücks ausgeglichen werden, bevor die erfindungsgemäße Anschlußverbindung durch Einschrauben der Überwurfmutter eben in dieser ausgerichteten Stellung zueinander gegenseitig abdichtend verspannt werden.

Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, daß die Stirnanlagefläche der Überwurfmutter und die daran anliegende Wiederlagefläche des Druckübertragungselements eine zueinander komplementäre Gestalt in Form eines Oberflächenabschnitts einer Kugel besitzen, deren Mittelpunkt gleich dem Mittelpunkt der sphärischen Krümmung der balligen Anpreßfläche des Dichtkonus ist. Sie hat den Vorteil, daß unabhängig von dem Durchtrittswinkel der Kraftstoffhochdruckleitung durch die Öffnung in der Stirnseite der Überwurfmutter zwischen der inneren Stirnanlagefläche der Überwurfmutter und dem angrenzenden Druckübertragungselement sowie insbesondere zwischen der ballig bzw. kugelförmig ausgebildeten Anpreßfläche des Dichtkonus und der damit zusammenwirkenden Dichtkegelstumpffläche ausschließlich eine Drehbewegung stattfindet. Damit wird stets Dichtheit der konstruktiv vorgesehenen Anpressabdichtungen sichergestellt. Ferner wird damit stets eine Einleitung der Anpreßkraft in axialer Richtung der Kraftstoffhochdruckleitung erreicht, um so zusätzliches Verspannen zu vermeiden.

Nachstehend ist die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlußverbindung im Schnitt senkrecht zur Längsachse der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung,

Fig. 2 Das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlußverbindung in einer Schnittebene parallel zur Längsachse der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung,

Fig. 3 Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlußverbindung im Teilschnitt.

In den Figuren ist mit 1 eine Kraftstoffhochdruckleitung bezeichnet, die sich zwischen einer radial von einer Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 abzweigenden Anschlußöffnung 2 und dem Eingang eines Einspritzventils einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) erstreckt und damit flüssigkeitsleitend verbunden ist. Die Kraftstoffleitung 1 ist in den Fig. 1 und 2 mittels eines Anschlußstückes 4 und in der Fig. 3 mittels eines Anschlußstückes 40 an die Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 angeschlossen.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Anschlußverbindung 4 ein Anschlußstück 5, welches achsial und in Umfangsrichtung verschiebbar auf dem Außenumfang der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 angeordnet ist. Das Anschlußstück 5 besteht im wesentlichen aus einem die Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 umfassenden Umschlingungsteil 10 und einem lotrecht daran kraftschlüssig anschließenden Mantelrohr 11, welches einen zylinderförmigen Innenraum 12 umschließt. In das offene Ende des Mantelrohres 11 ist in achialer Richtung eine Überwurfmutter 13 eingeschraubt. Die Überwurfmutter 13 weist eine achsiale Durchgangsbohrung 14 auf, durch die hindurch die Kraftstoffhochdruckleitung 1 in den zylinderförmigen Innenraum 12 des Mantelrohres 11 hineinragt. Der Durchmesser der Durchgangsbohrung 14 ist dabei deutlich größer als der Außendurchmesser der Kraftstoffhochdruckleitung 1. Folglich erfährt die Kraftstoffhochdruckleitung 1 nicht zwingend eine achsiale Führung, sondern kann ebenfalls unter einem Durchtrittswinkel β in den zylinderförmigen Innenraum 12 hineinragen.

Am freien Ende der Kraftstoffhochdruckleitung 1 ist ein Druckkopf in Form eines Dichtkonus 15 mit einer kugelförmigen Anpreßfläche 16 ausgebildet. Der Dichtkonus 15 bildet an seiner in Einschraubrichtung 17 hinteren Seite eine über den Umfang verlaufende Hinterschneidung 18 aus, an der sich eine Kugelscheibe 19 abstützt. Die Kugelscheibe 19 ist koaxial verschiebbar auf den Außenumfang der Kraftstoffhochdruckleitung 1 aufgeschoben und ihrerseits durch die Stirnanlagefläche 20 der Überwurfmutter 13 gekontert. Sie weist eine Widerlagefläche 21 auf, die komplimentär zu der Stirnanlagefläche 20 der Überwurfmutter 13 in Form eines Kugeloberflächenabschnittes ausgebildet ist. Wesentlich dabei ist, daß der Krümmungsmittelpunkt der beiden sphärisch gewölbten Flächen 20 und 21 und der Krümmungsmittelpunkt der kugelförmigen Anpreßfläche 16 identisch sind. Durch diese Vorgabe ist erreicht, daß unabhängig vom Durchtrittswinkel β der Kraftstoffhochdruckleitung 1 gegenüber der Längsachse 23 des Mantelrohres 11 einerseits die Widerlagerfläche 21 auf der Stirnanlagefläche 20 verschoben wird aber dennoch der Krümmungsmittelpunkt 22 der kugelförmigen Anpressfläche 16 stehts auf der Längsachse des Mengenbegrenzungsventils liegt und dadurch eine gute Abdichtung zustande kommt.

In den zylinderförmigen Innenraum 12 des Mantelrohres 11 ist ein Mengenbegrenzungsventil 24 eingesetzt, welches an seinen stirnseitgen Enden zwischen die Anschlußöffnung 2 der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 und den Dichtkonus 15 der Kraftstoffhochdruckleitung 1 eingespannt ist. Der Außendurchmesser des Längenbegrenzungsventils 24 ist um ein vorgegebenes Maß kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Innenraumes 12 bemessen, so daß das Mengenbegrenzungsventil 24 eine gegenüber der Längsachse 23 des Mantelrohres 11 um den Winkel α abweichende Einbaulage einnehmen kann. Der Winkel α ist betragsmäßig auf einen kleinen Bereich beschränkt, der durch die Reibpaarung von Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitungsaußenoberfläche und der Innenumfangsfläche des Umschlingungsteils definiert ist. Hierbei gilt die Bedingung µ < tan α. Übersteigt die Winkellage der Längsachse des Mengenbegrenzungsventils 24 diesen durch den Kegel vorgegebenen Wert, rutscht das Anschlußstück 4 beim Festziehen der Anschlußverbindung durch Einschrauben der Überwurfmutter in axialer Richtung auf der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 weg.

Die durch den Winkel α gekennzeichnete schräge Einbaulage des Mengenbegrenzungsventils 24 gegenüber der Längsachse 23 des Mantelrohres 11 wird dabei einerseits durch die Auslenkung (Winkel γ) des Anschlußstücks 5 in Umfangsrichtung (Pfeil 9) relativ zu der Vertikalen 6 und andererseits durch den Durchtrittwinkel β der Kraftstoffhochdruckleitung 1 ergänzt. Sowohl die Auslenkung y des Anschlußstücks 5 als auch der Durchtrittwinkel β werden durch die Winkel- und Maßabweichungen der einspritzventilseitig festgelegten Kraftstoffhochdruckleitung 1 im nicht verspannten Montagezustand auf das Anschlußstück 4 eingeprägt. Schließlich wird das Anschlußstück 4 durch Eindrehen der Überwurfmutter 13 in Richtung des Pfeils 17 in der ausgerichteten Lage abdichtend verspannt.

Um trotz der nicht fluchtenden Einbaulage des Mengenbegrenzungsventils 24 eine zuverlässig abdichtende Verbindung von dem Leitungsdurchgang 28 der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung 3 zu der Kraftstoffhochdruckleitung 1 zu erreichen, weist das Mengenbegrenzungsventil 24 auf seiner der Anschlußöffnung 2 zugewandten Seite ebenfalls einen Dichtkonus 29 mit kugelförmiger Anpreßfläche auf, die gegen die an der Anschlußöffnung 2 nach außen hin divergent ausgebildete Dichtkegelstumpffläche 30 in bekannter Weise abdichtend angepreßt ist. Auf der Stirnseite des Mengenbegrenzungsventils 24, die in formschlüssigem Anpreßkontakt mit dem Dichtkonus 15 der Kraftstoffhochdruckleitung 1 steht, geht die Durchgangsbohrung 32 ebenfalls in eine nach außen divergente Dichtkegelstumpffläche 32 über, die mit dem Dichtkonus 15 zusammenwirkt.

In der Fig. 1 ist die Kompensation der Winkel- und Maßabweichungskomponenten in Umfangsrichtung der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 kompensiert dargestellt. Fig. 2 zeigt die Kompensation der Abweichungen in achsialer Richtung der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung 3. Auch in Fig. 2 ist die um den Winkel α von der Längsachse 23 des Mantelrohres 11 räumlich abweichende Einbaulage des Mengenbegrenzungsventils 23 zu erkennen. Zusätzlich zu den Kompensationsmöglichkeiten der in Fig. 1 dargestellten Ebene ist in Fig. 2 das Anschlußstück 5 um einen Transversalversatz 27 in axialer Richtung der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 in Richtung des Pfeiles 8 verschoben.

In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anschlußverbindung dargestellt, bei der das Anschlußstück 40 kraftschlüssig auf der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung 3 festgelegt ist. Um bei diesem Ausführungsbeispiel einen Transversalversatz 54 der Kraftstoffhochdruckleitung 1 gegenüber der Anschlußöffnung 2 ohne Verspannen der Kraftstoffhochdruckleitung 1 durch die Anschlußverbindung 40 auszugleichen, ist die Stirnanlagefläche 53 der Überwurfmutter 51 plan ausgebildet und zwischen dieser und der Kugelscheibe 19 eine Druckscheibe 52 eingesetzt. Der Außendurchmesser der Druckscheibe 52 ist kleiner als der Innendurchmesser der Stirnanlagefläche 53 bemessen, so daß diese auf der planen Stirnanlagefläche 53 im Bereich der konstruktiv vorgegebenen Abmessungen jeweils um die Strecke des Transversalversatzes 54 verschiebbar ist. Auf diese Weise stellt die Kontaktebene zwischen Stirnanlagefläche 53 und der Druckscheibe 52 eine zusätzliche Trennebene dar, die es ermöglicht, das zu verbindende freie Ende der Kraftstoffhochdruckleitung 1 spannungsfrei in den Innenraum 12 der Anschlußverbindung einzuleiten. Der eigentliche Ausgleich der Maßungenauigkeiten erfolgt wiederum durch eine entsprechende Auslenkung des Mengenbegrenzungsventils 24. Auch die Druckscheibe 52 weist eine zu der Widerlagefläche 21 der Kugelscheibe 19 komplementäre Kugelfläche auf, so daß bei eingeschraubter Überwurfmutter 51 durch die Druckscheibe 52 und die Kugelscheibe 19 auf den Dichtkonus 15 zu übertragende Anpreßkräfte kraftstoffhochdruckleitungsachsial eingeleitet werden und dadurch ein zusätzliches Verspannen der Kraftstoffhochdruckleitung 1 vermieden wird.

Im Unterschied zu dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel kann bei der fest mit der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung 3 verbundenen Anschlußverbindung 40 das Anschlußstück 50 zu keiner Richtung ausknicken, so daß bei dieser Ausführungsform die Längen- bzw. Kräfteverhältnisse innerhalb der Anschlußverbindung 40 in weiteren Grenzen aufeinander abgestimmt werden können.

Claims

1. Anschlußverbindung einer zwei ortsfeste Anschlußstellen flüssigkeitsleitend verbindenden Kraftstoffhochdruckleitung (1), insbesondere einer von einer Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung (3) zu einem Einspritzventil abzweigenden Kraftstoffhochdruckleitung (1), an eine Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung (3), wobei die Kraftstoffhochdruckleitung (1) an den Enden jeweils einen Druckkopf ausbildet, der einen Dichtkonus (15) balliger Anpreßfläche aufweist und der mittels eines auf der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung (3) schwenkbar und achsial verschiebbar angeordneten Anschlußstückes (4) gegen eine sich im Bereich einer radial abzweigenden Anschlußöffnung (2) der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung (3) nach außen hin erweiternde Dichtkegelstumpffläche (30) angepreßt ist, und das Anschlußstück achsparallel zu der Anschlußöffnung (2) ein Mantelrohr (11) ausbildet, mit welchem in axialer Richtung eine Überwurfmutter (13) verschraubbar ist, wobei die Kraftstoffhochdruckleitung (1) durch eine Durchgangsöffnung (14) in der Stirnseite der Überwurfmutter (13) hindurch in das Mantelrohr (11) hineinragt und sich die Überwurfmutter (13) mit einer inneren Stirnanlagefläche (20) gegen ein Druckübertragungselement abstützt, welches die Anpreßkraft in leitungsachsialer Richtung auf eine in Verschraubungsrichtung am hinteren Ende des Druckkopfes ausgebildete Hinterschneidung (18) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß mit radialem Spiel im Innenraum (12) des Mantelrohres (11), zwischen dem Druckkopf der Kraftstoffhochdruckleitung (1) und der Anschlußöffnung (2) der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung (3) ein Leitungszwischenstück angeordnet und mittels der Überwurfmutter (13) abdichtend verspannt ist, wobei am kraftstoffhochdruckleitungsseitigen Stirnende des Leitungszwischenstücks eine Dichtkegelstumpffläche (15) und an dem mit der Anschlußöffnung (2) zusammenwirkenden Stirnende ein Dichtkonus (29) mit balliger Anpreßfläche ausgebildet sind.

2. Anschlußverbindungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Stirnanlagefläche (20) der Überwurfmutter (13) und die daran anliegende Widerlagefläche (21) des Druckübertragungselements eine zueinander komplementäre Gestalt aufweisen, die einem Oberflächenabschnitt einer Kugel entspricht, deren Mittelpunkt gleich dem Mittelpunkt (22) der sphärischen Krümmung der balligen Anpreßfläche des Dichtkonus (16) ist.

3. Anschlußverbindung einer zwei ortsfeste Anschlußstellen flüssigkeitsleitend verbindenden Kraftstoffhochdruckleitung (1), insbesondere einer von einer Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung (3) zu einem Einspritzventil abzweigenden Kraftstoffhochdruckleitung (1), an eine Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung (3), wobei die Kraftstoffhochdruckleitung (1) an den Enden jeweils einen Druckkopf ausbildet, der einen Dichtkonus (15) balliger Anpreßfläche aufweist und der mittels eines auf der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung (3) form- und kraftschlüssig befestigten Anschlußstückes (4) gegen eine sich im Bereich einer radial abzweigenden Anschlußöffnung (2) der Hochdruck- Kraftstoffspeicherleitung (3) nach außen hin erweiternde Dichtkegelstumpffläche (30) angepreßt ist, und das Anschlußstück achsparallel zu der Anschlußöffnung (2) ein Mantelrohr (11) ausbildet, mit welchem in achsialer Richtung eine Überwurfmutter (13) verschraubbar ist, wobei die Kraftstoffhochdruckleitung (1) durch eine Durchgangsöffnung (14) in der Stirnseite der Überwurfmutter (13) hindurch in das Mantelrohr (11) hineinragt und sich die Überwurfmutter (13) mit einer inneren Stirnanlagefläche (20) gegen ein Druckübertragungselement abstützt, welches die Anpresskraft in leitungsachsialer Richtung auf eine in Verschraubungsrichtung am hinteren Ende des Druckkopfes ausgebildete Hinterschneidung (18) überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnanlagefläche (53) plan ausgebildet ist und zwischen dieser und der Kugelscheibe (19) eine Druckscheibe (52) angeordnet ist, und daß mit radialem Spiel im Innenraum (12) des Mantelrohres (11), zwischen dem Druckkopf der Kraftstoffhochdruckleitung (1) und der Anschlußöffnung (2) der Hochdruck-Kraftstoffspeicherleitung (3) ein Leitungszwischenstück angeordnet und mittels der Überwurfmutter (13) abdichtend verspannt ist, wobei am kraftstoffhochdruckleitungsseitigen Stirnende des Leitungszwischenstücks eine Dichtkegelstumpffläche (15) und an dem mit der Anschlußöffnung (2) zusammenwirkenden Stirnende ein Dichtkonus (29) mit balliger Anpreßfläche ausgebildet sind.

4. Anschlußverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungszwischenstück als Mengenbegrenzungsventil (24) ausgebildet ist.