DE19808012C2 - Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Hochdruck-Kraftstoff- Einspritzrohr, das in einer solchen Weise angeordnet ist, um Düsenhalter, die entsprechend in der Nähe eines Zylinders angeordnet sind und eine Kraftstoffpumpe für eine Kraftstoffzuführung in einem Dieselmotor zu verbinden, und das einen relativ engen Rohrdurchmesser entsprechend 20 mm oder weniger umfaßt, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Herkömmlicherweise ist diese Art von Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr für einen Dieselmotor aus der geprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-46712 die der DE 30 39 802 A1 entspricht bekannt, die dem Anmelder dieser Anmeldung gehört. Das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr, das in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, ist so aufgebaut, daß ein Metall-Doppelrohr durch Preßsitz eines dünnen Innenrohres aus einem rostfreien Stahl mit einer darin gebildeten Durchführungsöffnung in einem Außenrohr aus einem dicken Stahl gebildet wird, wobei eine Dicke des Innenrohres auf 1,2 bis 8,5% des Außendurchmessers des gesamten Metall-Doppelrohres eingestellt ist.

Das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr, das in dieser Veröffentlichung beschrieben ist, kann sodann eine Kavitation, Erosion und Korrosion (nachstehen als Kavitation bezeichnet) auf einer inneren Umfangs-Oberfläche auch dann an einer Erzeugung hindern, wenn das Hochdruck-Kraftstoff- Einspritzrohr bei einem Zustand zur Erhöhung eines Kraftstoff- Einspritzdruckes in einer Maßnahme betrieben wird, um den Stickstoff und schwarzen Rauch bei einer Injektionszeit von 1 bis 2 ms, einer maximalen Fließgeschwindigkeit von 50 m/sec und einem Druck von 600 bis 100 bar (Spitzendruck) eines Innendruckes zu vermindern, wobei es im wesentlichen eine Standfestigkeit gegen Ermüdung bei wiederholtem hohen Druck aufweist.

Ein Trend zur Erhöhung eines Druckes eines Kraftstoffes ist jedoch weiter von Bedeutung geworden und es wird erwartet, daß ein Hochdruck-Kraftstoff- Einspritzrohr, das sogar gegen Kavitation bei einem Zustand von 800 bis 1400 bar (Spitzendruck) eines Innendruckes standhält, vorgegeben wird. Demgemäß besteht eine Möglichkeit, daß das Einspritzrohr, das in der o. g. Veröffentlichung beschrieben ist, eine Anti-Kavitationsleistung bei diesem Zustand des hohen Druckes nicht hinreichend erfüllt.

Ferner besteht ein Problem, daß zum Zeitpunkt der Bildung eines Verbindungs-Kopfteiles ein Einspritz-Rohrmaterial, das durch ein Metall- Doppelrohr gebildet wird, eine Bildung kaum zuläßt, da eine zusammenwirkende Härtung bei der Bildung eines Streckrohres in dem Material des Einspritzrohres erzeugt wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Vorgabe eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohres, das eine hinreichende Anti- Kavitationsleistung auch dann zeigt, wenn ein Hochdruck-Kraftstoff mit einem Wert gleich oder größer als der in der zuvor erwähnten Veröffentlichung erwartete Wert seine Streckung durch Aufheizen auch dann regenerieren kann, wenn eine Rohrerstreckung bis zu einem Erstreckungsgrenzwert erfolgt, um eine Bildung des Verbindungs-Kopfteiles in einem Verbindungs-Endteil leicht zu bewirken, wobei ein notwendiger Biegeprozeß bei einem Zeitpunkt der Anordnung in der Nähe eines Dieselmotors ausgeführt werden kann und auch ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Um die zuvor erwähnte Aufgabe zu lösen, ist gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr vorgesehen, das gebildet wird durch Formung eines Verbindungs-Kopfteiles mit einer Kegelstumpfform, einer Kreisbogenform oder einer Gegenform in einem Verbindungs-Endteil und das ein Doppel-Metallrohr aufweist, das durch Preßsitz eines dünnen Innenrohres in einem Außenrohr aus dickem Stahl gebildet wird, wobei das Innenrohr aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt ist, der thermisch federvergütet ist.

Ferner wird gemäß einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohres vorgesehen, welches umfaßt einen Schritt des Einsetzens eines Innenrohres aus einem dünnen austenitischen rostfreien Stahl in ein Außenrohr aus dickem Stahl, einen Schritt der Bildung eines Metall-Doppelrohres durch Preßsitz beider Rohre mittels eines Rohr- Streckverfahrens, einen Schritt der Heizung als Ganzes des Metall- Doppelrohres, um das Innenrohr aus einem rostfreien Stahl einer thermischen Federvergütung zu unterziehen und einen Schritt der Formung eines Verbindungs-Kopfteiles mit einer Kegelstumpfform, einer Kreisbogenform oder einer Gegenform in dem Verbindungs-Endteil des Metall-Doppelrohres, wodurch ein Verfahren vorgegeben wird zur Herstellung eines Hochdruck- Kraftstoff-Einspritzrohres, bei welchem das Heizverfahren bei einer Temperatur von 375 bis 455°C und während 10 Minuten bis 24 Stunden durchgeführt wird.

Da, wie zuvor erwähnt, gemäß der vorliegenden Erfindung, nach dem Preßsitz des Innenrohres aus einem dünnen austenitischen rostfreien Stahl in dem Außenrohr aus dicken Stahl durch einen Rohr-Streckprozeß das aus rostfreien Stahl bestehende Innenrohr einer thermischen Federvergütung durch einen Heizprozeß unterzogen wird, wird die Härte des Innenrohres erhöht, um die Anti-Kavitationsleistung zu verbessern und ferner wird eine reduzierte Streckung durch eine Werkstückhärtung zusammen mit einem Rohr- Streckverfahren mit dem Heizverfahren regeneriert, so daß eine Bildung des Verbindungs-Kopfteiles in dem Verbindungs-Endteil leicht erfolgen kann und ein erforderlicher Biegeprozeß zu einem Zeitpunkt ausgeführt werden kann, wo ein Rohr in der Nähe des Dieselmotors angeordnet wird.

Fig. 1A und 1B sind schematische Ansichten, welche ein Hochdruck- Kraftstoff-Einspritzrohr gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigen, wobei Fig. 1A eine vertikale Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispieles ist und Fig. 1B eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispieles ist; und

Fig. 2 eine teilweise aufgeschnittene vertikale Querschnittsansicht ist, welche ein Verfahren der Herstellung eines Einspritzrohres gemäß der Erfindung zu einem Zeitpunkt der Verarbeitung eines Streckrohres zeigt.

Die Erfindung sei unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Bezugsziffer 1 bezeichnet ein Stahlrohr für ein Hochdruckrohr mit einem Rohrdurchmesser von relativ großer Dicke, die 20 mm oder weniger entspricht und einem inneren engen Durchmesser, der beispielsweise durch ein Rohr in einer Einzelschicht oder mit mehreren Schichten aus Kohlenstoffstahl gebildet wird und die Bezugsziffer 3 bezeichnet ein Innenrohr aus einem thermisch federvergüteten austenitischen rostfreien Stahl, das im Preßsitz eingesetzt ist und außerhalb des Außenrohres 1 positioniert ist und eine Durchführungsverbindung in diesem bildet, beispielweise aus einem rostfreien Stahlrohr, wie beispielsweise SUS304, SUS302 und SUS301 in einem JIS-Standard. Ein Hochdruck-Kraftstoff- Einspritzrohr wird gebildet durch Formung eines Einspritz-Rohrmateriales, umfassend ein Metall-Doppelrohr durch Preßsitz des Innenrohres 3 in dem Außenrohr 1 und durch Bildung eines Verbindungs-Kopfteiles 2 mit einer Kegelstumpfform (s. Fig. 1A), einer Kreisbogenform und einer Gegenform (s. Fig. 1B) am Verbindungs-Endteil des Einspritzrohrmaterials durch Preßformung.

In diesem Fall bezeichnet in Figur die Bezugsziffer 4 eine Hülsen- Unterlagsscheibe, die auf einen unteren Halsteil des Verbindungs-Kopfteiles 2 aufgesetzt ist, wenn es die Umstände erfordern, und eine Befestigungsmutter 5, welche eine Preßoberfläche 2' des Verbindungs-Kopfteiles 2 mit einem gegenüberliegenden Element in einem Kontaktzustand mit einer druckaufnehmenden Oberfläche eines gegenüberliegendem Einspritz- Düsenhalters befestigen und ein Einspritzpumpen-Abgabehalter (nicht gezeigt) wird an der Rückseite der Hülsen-Unterlagsscheibe 4 zur gleichen Zeit befestigt.

Als nächstes sei ein Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Kraftstoff- Einspritzrohres gemäß der Erfindung unten beschrieben. Das Innenrohr 3 aus einem austenitischen rostfreien Stahl wird langsam in das Außenrohr 1 aus Stahl eingeführt, das für eine Reinigung vorbehandelt ist. Als nächstes wird, wie in Fig. 2 gezeigt, das Einspritz-Rohrmaterial, das durch ein Metall- Doppelrohr gebildet wird, durch einen Rohr-Streckprozeß aufgrund einer integralen Verformung zu einer Seite, die durch eine Pfeilrichtung gezeigt ist, mittels eines ortsfesten Gesenkes 6 verformt, indem die Gesamtheit der beiden Rohre 1 und 3 entlang ihrer Länge im Preßsitz im Durchmesser vermindert und zur gleichen Zeit gestreckt werden.

Danach wird das Einspritz-Rohrmaterial, das durch das Metall-Doppelrohr gebildet wird, in einen Heizofen eingesetzt und bei einer Temperatur von 375 bis 455°C und während 10 Minuten bis 24 Minuten aufgeheizt, wobei das aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellte Innenrohr thermisch federvergütet wird, so daß die Härte weiter verbessert wird und durch eine Erstreckung des Innenrohres 3 eine Werkstückhärtung ausgeführt wird, wenn der Rohr-Erstreckungsprozeß regeneriert wird.

Der Grund, warum die Heiztemperatur auf den zuvor erwähnten Bereich eingestellt wird, liegt darin, daß ein ausreichender thermischer Feder- Vergütungseffekt bei einer Temperatur kleiner als 375°C nicht erhalten werden kann und andererseits, wenn eine Temperatur über 455°C liegt, eine Möglichkeit der Trennung eines Chromkarbonats gegeben ist aufgrund der Formulierung. Ferner liegt der Grund, warum die Heizzeit in dem zuvor erwähnten Bereich eingestellt wird, darin, daß ein hinreichender thermischer Federvergütungseffekt nicht erzielt werden kann, wenn die Heizzeit weniger als 10 Minuten beträgt und andererseits auch dann, wenn die Heizung über mehr als 24 Stunden ausgeführt wird, der thermische Vergütungseffekt keinen Unterschied besitzt.

Wie zuvor erwähnt, wird das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr durch Formung des Verbindungs-Kopfteiles mit einer Kegelstumpfform, einer Kreisbogenform oder einer Gegenform in dem Verbindungs-Endteil des Metall- Doppelrohres gebildet, das bei eine relativ niedrigen Temperatur mittels einer Preßform geheizt wird, und ein Biegeprozeß wird normalerweise danach ausgeführt, um es in der Nähe des Dieselmotors anzuordnen.

Beispiele

Als nächstes sei ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung unten zusammen mit einem Vergleichsbeispiel beschrieben.

Bei der Präparierung eines Außenrohres (Außendurchmesser: 11,0 mm, Innendurchmesser: 6,2 mm, Dicke: 2,4 mm) aus Stahl entsprechend STS35 wird eine Vorbehandlung zum Reinigen ausgeführt und dieses auf eine Länge von 3200 mm geschnitten und ein Innenrohr (Außendurchmesser: 4,5 mm, Innendurchmesser: 3,7 mm, Dicke: 0,5 mm) aus rostfreiem Stahl entsprechend SUS304 mit einer Länge von 3200 mm wird allmählich in das Außenrohr eingesetzt. Als nächstes wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Rohr-Streckprozeß auf grund eines integralen Ziehens auf einer Seite, wie dies durch einen Pfeil gezeigt ist, mit einem starren Gesenk auf einmal ausgeführt, um den Durchmesser entlang des Umfangs zu reduzieren und danach wird eine Ausrichtung ausgeführt, um ein Einspritzrohr zu erhalten, das durch ein Doppel-Metallrohr gebildet wird, mit einem Außendurchmesser von 7,0 mm, einem Innendurchmesser von 2,5 mm und einer Dicke von 2,25 mm, wonach anschließend 20 Teile auf eine Länge von 300 mm geschnitten werden.

Zwanzig Einspritzrohre, die auf die zuvor angegebene Weise präpariert worden sind, werden entsprechend in einem zentralen Teil aufgeschnitten und eine Gruppe als Teststücke zum Aufheizen während 30 Minuten, 60 Minuten, 120 Minuten und 240 Minuten (das Ausführungsbeispiel) präpariert und die andere Gruppe wird als Teststücke in einem Zustand ohne Behandlung (das Vergleichsbeispiel) gehalten.

Der Heizofen wird auf einer Temperatur von 400°C gehalten und ein Aufheizprozeß wird mit einer Heizzeit ausgeführt, die in der folgenden Tabelle 1 und der Tabelle 2 gezeigt ist und sodann wird eine thermische Federvergütung des Innenrohres ausgeführt. Infolgedessen wird in bekannter Weise eine Härte (Hv) des Innenrohres an zwei Punkten a und b in Durchmesserrichtung erhöht, wie dies in der Tabelle 1 und der Tabelle 2 gezeigt ist.

Wenn ferner eine mittlere Streckung bezüglich von jedem der Teststücke gemessen wird, so ist bekannt, daß eine Streckung regeneriert wird.

Dann kann das Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr als ein Produkt erhalten werden durch Bildung des Verbindungs-Kopfteiles (Außendurchmesser: 9,5 mm, Höhe: 4,0 mm, Konuswinkel: 58°) mit einer Kegelstumpfform in dem Verbindungs-Endteil des Einspritzrohres, der gebildet wird durch das erhitzte Doppel-Metallrohr mittels einer Preßform und durch Ausführung eines Biegeprozesses in einem Zustand der Überlappung und durch Befestigung mit dem Außenrohr, das durch das Stahlrohr, einschließlich der Preßoberfläche, gebildet wird.

Wie zuvor erwähnt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine ausreichende Antikavitations-Leistung auch dann erhalten werden, wenn der Hochdruck- Kraftstoff einen Druck höher als ein im Stand der Technik erwarteter Wert aufweist, und die Streckung wird durch eine Aufheizung auch dann regeneriert, wenn eine Rohrerstreckung bis zu einer Grenze einer Erstreckung des Innenrohres ausgeführt wird, das durch ein rostfreies Stahlrohr gebildet wird, wobei zum Zeitpunkt der Rohrerstreckung die Bildung des Verbindungs- Kopfteiles in einem Verbindungs-Endteil erleichtert wird und anschließend ein notwendiger Biegeprozeß zum Zeitpunkt der Anordnung in der Nähe eines Dieselmotors ausgeführt wird.

Claims (6)

1. Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr, gebildet durch Formung eines Verbindungs-Kopfteiles mit einer Kegelstumpfform, einer Kreisbogenform oder einer Gegenform in einem Verbindungs-Endteil, aufweisend ein Doppel-Metallrohr, gebildet durch Preßsitz eines dünnen Innenrohres in einem Außenrohr aus dickem Stahl, wobei das Innenrohr aus einem austenitischen rostfreien Stahl hergestellt ist, der thermisch federvergütet ist.

2. Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr nach Anspruch 1, wobei das Außenrohr ein einschichtiges oder ein mehrschichtiges Rohr aus Kohlenstoffstahl ist.

3. Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohr nach Anspruch 1, wobei das Innenrohr aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, welcher SUS304, SUS302 oder SUS301 in einem JIS-Standard umfaßt.

4. Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohres, umfassend einen Schritt des Einsetzens eines Innenrohres aus einem dünnen austentischen rostfreien Stahl in ein Außenrohr aus dickem Stahl, einen Schritt der Bildung eines Doppel-Metallrohres durch Preßsitzbildung beider Rohre mittels eines Rohr-Streckverfahrens, einen Schritt der Heizung als Ganzes des Metall-Doppelrohres zur thermischen Federvergütung des Innenrohres aus rostfreiem Stahl und einen Schritt der Bildung eines Verbindungs-Kopfteiles mit einer Kegelstumpfform, einer Kreisbogenform oder einer Gegenform in dem Verbindung-Endteil des Metall-Doppelrohres.

5. Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohres nach Anspruch 4, wobei das Heizverfahren bei einer Temperatur von 375 bis 455°C und während 10 Minuten bis 24 Stunden ausgeführt wird.

6. Verfahren zur Herstellung eines Hochdruck-Kraftstoff-Einspritzrohres nach Anspruch 4, wobei das Rohr-Streckverfahren augeführt wird durch integrales Ziehen beider Rohre auf einer Seite mittels eines feststehenden Gesenks, nachdem das Innenrohr langsam in das Außenrohr eingesetzt ist.