DE4311391A1

DE4311391A1 - Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung

Info

Publication number: DE4311391A1
Application number: DE4311391A
Authority: DE
Inventors: Tadahiro Uematsu; Nobuo Kato
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1992-04-09
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: FR2690206B1; US6536806B1; GB2265961B; FR2690206A1; GB9307266D0; DE4311391C2; GB2265961A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung mit einem relativ kleinen Durchmesser, wie etwa 15 mm oder weniger, die mit den einzelnen Düsenhaltern eines Zylinderkopfes für einen Kraftstoffweg und eine Kraftstoffpumpe verbunden wird.

Als Material für die Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung dieser Art ist aus dem Stand der Technik ein Leitungsmaterial bekannt, das doppelwandig hergestellt ist, indem ein Rohr aus rostfreiem Stahl am inneren Umfang eines dickwandigen Stahlrohrs über die gesamte Länge angeordnet wird, und zwar im Hinblick darauf, Erosion durch Kavitation oder Korrosion (was im folgenden kurz als "Erosion" bezeichnet werden wird) zu verhindern, die am inneren Umfang umso mehr auftritt, als der Einspritzdruck des Kraftstoffs in den letzten Jahren höher wird. Das so präparierte Leitungsmaterial wird an seinem Endbereich mit einem Verbindungsanschluß ausgeformt, um eine Verbindungsfläche bereitzustellen, die auf dem Sitz eines passenden Partnerbauteils montiert wird, wodurch so die Einspritzleitung hergestellt wird.

In dem oben beschriebenen Stand der Technik kann Erosion am inneren Umfang durch die Konstruktion in Form eines aus rostfreiem Stahl bestehenden inneren Rohres, das am inneren Umfang einer dickwandigen Stahlleitung angeordnet ist, verhindert werden. Die an dem Verbindungsanschluß ausgeformte Verbindungsfläche ist jedoch vor Erosion nicht zufriedenstellend geschützt. Besonders in dem Fall, daß in den vergangenen Jahren Methanol als Kraftstoff benutzt wird, wird die Anschlußfläche chemisch korrodiert. Auf der anderen Seite ist der äußere Umfang mit Zink beschichtet, um Rost zu verhindern. Speziell bei der Methanol verwendenden Verbrennungsmaschine mit innerer Verbrennung ist ein regelmäßiger Zusammenbau und ein Zerlegen aus Wartungsgründen zu erwarten. Daraus resultierend tritt das Problem auf, daß der beschichtete Metallfilm abgeschält wird oder daß die Anschlußfläche bei einem mehr oder weniger gewaltsamen Zusammenbau beschädigt oder deformiert wird.

Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme, die mit dem Stand der Technik einhergehen, ersonnen worden und hat als Aufgabe eine Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung anzugeben, die jegliche Erosion nicht nur am inneren Umfang sondern ebenso auf der Anschlußfläche wirksam verhindert, so daß die Anschlußfläche von Beschädigungen oder Deformationen bei einer gewaltsamen Montage freibleibt, um jegliche Beschichtungsbehandlung auf der Außenfläche der Einspritzleitung zur Rostverhinderung zu eliminieren und um die Anschlußfläche vor jeglicher chemischen Korrosion selbst dann zu bewahren, wenn Methanol als Kraftstoff verwendet wird, indem ein Innenrohr aus einem sehr korrosionswiderstandsfähigen und hochfesten Metall am inneren Umfang eines dickwandigen äußeren Metallrohrs angeordnet und indem das Außenrohr aus einem Metall mit Korrosionswiderstandsfähigkeit sowie weiter einer hohen Zugfestigkeit und sehr guten Dauerschwingfestigkeit, wie rostfreier Stahl oder Titan, hergestellt wird.

Um das oben beschriebene Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung der doppelwandigen Art bereitgestellt, die folgendes umfaßt: ein dickwandiges Außenrohr; und ein aus einem Metall hergestelltes Innenrohr, das in dem genannten Außenrohr angeordnet ist, um eine doppelwandige Leitung zu bilden, die an ihrem Endbereich mit einem Verbindungsanschluß ausgebildet ist, der eine Anschlußfläche aufweist, die auf einem Sitz eines passenden Partnerbauteils anzuordnen ist, wobei die Verbesserungen daraus bestehen, daß das Außenrohr aus rostfreiem Stahl oder Titan hergestellt ist; und daß das Innenrohr aus einem dünnen Metall hergestellt ist, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Festigkeit aufweist und über seine gesamte Länge als zweite Wandung am inneren Umfang des genannten Außenrohrs anliegt. Das Metallinnenrohr ist aus rostfreiem Stahl hergestellt, oder aus einer auf Nickel basierenden Legierung, aus Titan oder einer Titanlegierung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden das dickwandige Außenrohr aus rostfreiem Stahl oder Titan und das Metallinnenrohr mit hoher Korrosionsbeständigkeit und hoher Festigkeit durch eine gleichzeitige Querschnittsverminderung doppelt gezogen, wobei das Innenrohr im inneren Umfang des Außenrohres lose gehalten ist, so daß sie (beide Rohre) über ihre Gesamtheit im Durchmesser reduziert und doppelwandig fest miteinander verbunden werden. Nach diesem Schritt wird die doppelwandige Leitung an ihrem Endbereich mit einem Verbindungsanschluß versehen. Für diese Behandlungen ist das Außenrohr aus einem Metall hergestellt, das Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion aufweist, eine hohe Festigkeit und sehr gute Dauerschwingfestigkeit, wie etwa rostfreier Stahl oder Titan, und das Innenrohr ist aus einem Material hergestellt, das eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und hohe Festigkeit aufweist, wie beispielsweise: rostfreier Stahl; eine auf Nickel aufgebaute Legierung wie etwa Inconel, Incoloy oder Hastelloy; Titan, oder eine Titanlegierung. Als Ergebnis kann die Erosion nicht nur am inneren Umfang verhindert werden, sondern auch auf der Anschlußfläche des Verbindungsanschlusses am Endbereich, selbst dann, wenn Alkoholkraftstoff mit einem niedrigen Siedepunkt verwendet wird, der Erosion verursacht, wenn er unter hohen Drücken eingespritzt wird. Darüber hinaus kann die Anschlußfläche davor bewahrt werden, beschädigt oder deformiert zu werden, und zwar selbst dann, wenn die Einspritzleitung mehr oder weniger gewaltsam angezogen bzw. montiert wird. Darüber hinaus muß die Außenfläche der Einspritzleitung weder korrosionswiderstandsfähig gemacht werden oder wenigstens nicht beschichtet werden. Darüber hinaus wird nicht nur der innere Umfang sondern auch die Anschlußfläche vor chemischer Korrosion bewahrt, selbst dann, wenn der verwendete Kraftstoff Methanol ist. So kann die Verbindung für eine lange Zeit gefestigt und gesichert werden und die Dauerschwingfestigkeit kann drastisch verbessert werden, um eine langlebige Einspritzleitung bereitzustellen.

In dem Fall, daß das Außenrohr aus Titan hergestellt ist, kann die Einspritzleitung bei einem Dieselmotor für Schiffsantriebe geeignete Verwendung finden, wo es notwendig ist, daß sie gegenüber Seewasser korrosionsfest ist und wo ihre erhöhte Resonanzeigenfrequenz zu einem weiten Bereich von nutzbaren Drehzahlen und zu weiten möglichen Lastwechselbereichen führt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1a ist ein Querschnitt durch eine Ausführungsform einer Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1b ist eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform; und

Fig. 2 ist ein teilweise weggebrochener Längsschnitt zum Erklären des die Doppelwandung erzeugenden Ziehvorgangs gemäß eines Verfahrens zum Herstellen einer Einspritzleitung der Erfindung.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden in Zusammenhang mit ihren Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben. Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein äußeres Rohr bezeichnet, das eine dicke Wandstärke aufweist und relativ dünn ist, so daß es einen Durchmesser von etwa 15 mm oder weniger aufweist, und daß aus rostfreiem Stahl oder Titan hergestellt ist. In dieses äußere Rohr 1 ist ein inneres Metallrohr 3 eingezogen, das sich über die gesamte Länge des Umfangs der Innenbohrung des äußeren Rohres 1 erstreckt und einen Durchmesser von etwa 4 mm oder weniger aufweist, um eine doppelwandige Leitung zu bilden. Dieses innere Rohr 3 ist aus einem in hohem Maße korrosionsfesten und hochfesten Metall hergestellt, wie: rostfreier Stahl mit einer Dicke von etwa 0,3 mm bis 1,2 mm; einer auf Nickel basierenden Legierung, wie Inconel; Incoloy oder Hastelloy; Titan; oder eine Titanlegierung wie etwa 6A14V, 6A16V2Sn, 6A12Sn4zr2Mo oder 8A11Mo1V. Ds Leitungsmaterial wird an seinem Ende wie üblich verpreßt, um einen Verbindungsanschluß 2 zu bilden, um die Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung zu konstruieren. Dieser Verbindungsanschluß 2 weist eine kegelstumpfförmige Form (wie dargestellt in Fig. 1(a)) auf, eine gebogene Form oder eine Diamantform (wie dargestellt in Fig. 1(b)).

Mit dem Bezugszeichen 4 ist eine Hülse mit integrierter Beilagscheibe bezeichnet, die, falls notwendig, am Hals des Verbindungsanschlusses 2 am Endbereich angeordnet ist. Gleichzeitig wird am Rücken der Hülse 4 eine Befestigungsmutter 5 zum Befestigen des Verbindungsanschlusses 2 montiert, der in Anlage gegen den Sitz eines entsprechenden Einspritzdüsenhalters oder ähnlichem (nicht dargestellt) gedrückt wird.

Beispiel 1

Ein äußeres Rohr aus SUS304 (mit einem Außendurchmesser von 15,0 mm, einem Innendurchmesser von 10,2 mm und einer Wandstärke von 2,4 mm) wurde durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 3200 mm zugeschnitten. Ein Metallinnenrohr aus SUS304 (mit einem Außendurchmesser von 9,0 mm, einem Innendurchmesser von 7,8 mm und einer Wandstärke von 0,6 mm) wurde ebenso durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 3200 mm zugeschnitten. Das so behandelte Innenrohr wurde in das Außenrohr eingeführt und festgelegt. Als nächstes wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, ein fest montiertes Zieheisen 6 verwendet, um einen zweimaligen, zu einer Wandverdopplung führenden Ziehvorgang in einer Richtung durch eine integrale Durchmesserverringerung, wie durch den Pfeil angedeutet, durchzuführen, um den Durchmesser der gesamten Anordnung auf ihrer gesamten Länge zu reduzieren. Nach diesem Schritt wurde eine Korrektur durchgeführt, um ein Einspritzleitungsmaterial herzustellen, das einen Außendurchmesser von 8,0 mm, einen Innendurchmesser von 2,8 mm, eine Wandstärke von 2,6 mm und eine Härte von etwa 350 Hv an seinem inneren Umfang aufweist. Nach diesem Schritt wurde das Einspritzleitungsmaterial zu einer Produktlänge von 750 mm zugeschnitten. Diese Einspritzleitung wurde an ihrem Endbereich verpreßt, um einen kegelstumpfförmigen Verbindungsanschluß (mit einem Außendurchmesser von 11,5 mm, einer Höhe von 7 mm und einem Kegelwinkel von 58°) herzustellen. Danach wurde das Produkt einschließlich seiner Verbindungsfläche mit der Abdeckung in Form des äußeren Metallrohres gebogen, um die Kraftstoffeinspritzleitung herzustellen.

Beispiel 2

Ein äußeres Rohr aus SUS304 (mit einem Außendurchmesser von 12,0 mm, einem Innendurchmesser von 7,0 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm) und ein Innenrohr aus Inconel 601 (mit einem Außendurchmesser von 6,8 mm, einem Innendurchmesser von 5,8 mm und einer Wandstärke von 0,5 mm) wurden der Behandlung des Beispiels 1 unterzogen und auf gleiche Längen geschnitten. Dieses äußere Rohr und innere Rohr wurden einer Behandlung ähnlich der in Beispiel 1 beschriebenen unterzogen, um ein Einspritzleitungsmaterial mit einem Außendurchmesser von 7,0 mm, einem Innendurchmesser von 2,2 mm, einer Wandstärke von 2,4 mm und einer Härte von etwa 380 Hv an seinem inneren Umfang zu erzeugen.

Nach diesem Schritt wurde ein Verbindungsanschluß wie in Beispiel 1 ausgeformt und das Zwischenprodukt wurde gebogen, um eine Kraftstoffeinspritzleitung zu bilden.

Beispiel 3

Ein Außenrohr aus reinem Titan (mit einem Außendurchmesser von 9,3 mm, einem Innendurchmesser von 5,3 mm und einer Wandstärke von 2,0 mm) wurde durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 2000 mm geschnitten. Ein Metallinnenrohr aus einer Titanlegierung 6A14V (mit einem Außendurchmesser von 4,5 mm, einem Innendurchmesser von 3,5 mm und einer Wandstärke von 0,5 mm) wurde ebenso durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 2500 mm geschnitten. Das so behandelte Innenrohr wurde in das Außenrohr eingeführt und festgelegt. Sodann wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, ein fest montiertes Zieheisen 6 verwendet, um einen zweimaligen Ziehvorgang zum Herstellen einer doppelten Wandung durchzuführen, bei dem, wie durch den Pfeil angedeutet, eine Durchmesserreduktion in einer Richtung durchgeführt wird, um den Durchmesser der gesamten Anordnung auf seiner gesamten Länge zu reduzieren. Nach diesem Schritt wurde eine Korrektur durchgeführt, um ein Einspritzleitungsmaterial herzustellen, das einen äußeren Durchmesser von 6,4 mm, einen inneren Durchmesser von 2,0 mm und eine Wandstärke von 2,2 mm sowie eine Härte von etwa 340 Hv an seinem inneren Umfang aufweist. Danach wurde das Einspritzleitungsmaterial auf eine Produktlänge von 830 mm geschnitten. Diese Einspritzleitung wurde an ihrem Endbereich verpreßt, um einen diamantförmigen Verbindungsanschluß (mit einem Außendurchmesser von 8,7 mm, einer Höhe von 4,8 mm und einem Kegelwinkel von 58°) herzustellen. Dann wurde das Produkt einschließlich seiner Verbindungsfläche gebogen, einschließlich des abdeckenden Metallaußenrohrs, um die Kraftstoffeinspritzleitung herzustellen.

Beispiel 4

Ein Außenrohr aus einem Titan und ein Innenrohr aus einem Titan, beide mit der gleichen Größe und abgelängt auf die gleiche Länge wie im Beispiel 3, wurden der Vorbehandlung des Beispiels 3 unterzogen und sodann ähnlich wie im Beispiel 3 weiterbearbeitet, um ein Einspritzleitungsmaterial mit einem Außendurchmesser von 6,4 mm, einem Innendurchmesser von 2,0 mm, einer Wandstärke von 2,2 mm und einer Härte von etwa 280 Hv an seinem inneren Umfang zu erzeugen.

Nach diesem Schritt wurde ein Verbindungsanschluß wie in Beispiel 3 ausgebildet und das Zwischenprodukt wurde gebogen, um eine Kraftstoffeinspritzleitung herzustellen.

Beispiel 5

Ein Außenrohr aus SUS316 (mit einem Außendurchmesser von 10,0 mm, einem Innendurchmesser von 5,5 mm und einer Wandstärke von 2,25 mm) wurde durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 2300 mm abgelängt. Ein Metallinnenrohr aus Hastelloy C-276 (mit einem Außendurchmesser von 4,8 mm, einem Innendurchmesser von 3,8 mm und einer Wandstärke von 0,5 mm) wurde ebenso durch eine Vorbehandlung gereinigt und auf eine Länge von 3000 mm abgelängt. Das so vorbereitete Innenrohr wurde in das Außenrohr eingeführt und festgelegt. Im nächsten Schritt wurde, wie in Fig. 2 dargestellt, ein fest montiertes Zieheisen 6 verwendet, um einen zweimaligen Ziehvorgang zum Verdoppeln der Wandung durchzuführen, bei dem, wie durch den Pfeil angedeutet, eine integrale Durchmesserverringerung in einer Richtung durchgeführt wurde, um den Durchmesser der gesamten Anordnung auf ihrer gesamten Länge zu reduzieren.

Nach diesem Schritt wurde eine Korrektur durchgeführt, um Einspritzleitungsmaterial mit einem Außendurchmesser von 7,0 mm, einem Innendurchmesser von 2,2 mm, einer Wandstärke von 2,4 mm und einer Härte von etwa 390 Hv an seinem inneren Umfang zu erzeugen. Nach diesem Schritt wurde das Einspritzleitungsmaterial auf eine Produktlänge von 1080 mm abgelängt. Diese Einspritzleitung wurde an ihren Endbereichen verpreßt, um kegelstumpfförmige Verbindungsanschlüsse (mit einem Außendurchmesser von 9,5 mm, einer Höhe von 4,0 mm und einem Kegelwinkel von 58°) zu erzeugen. Sodann wurde das Produkt einschließlich seiner Verbindungsfläche gebogen, einschließlich des abdeckenden Metallaußenrohrs, um die Kraftstoffeinspritzleitung herzustellen.

Beispiel 6

Ein Außenrohr aus SUS316 und ein Innenrohr aus reinem Titan wurden der Vorbehandlung des Beispiels 5 unterzogen und zu gleicher Größe und gleicher Länge wie in Beispiel 5 geschnitten. Das Außenrohr und Innenrohr wurden einer Behandlung ähnlich der im Beispiel 5 beschriebenen unterzogen, um ein Einspritzleitungsmaterial mit einem Außendurchmesser von 7,0 mm, einem Innendurchmesser von 2,2 mm, einer Wandstärke von 2,4 mm und einer Härte von etwa 270 Hv an seinem inneren Umfang zu erzeugen.

Nach diesem Schritt wurde ein Verbindungsanschluß wie im Beispiel 5 ausgeformt und das Zwischenprodukt wurde gebogen, um eine Kraftstoffeinspritzleitung zu produzieren.

Die gemäß den oben beschriebenen sechs Beispielen produzierten Proben und eine Einspritzleitung gemäß dem Stand der Technik mit einem Innenrohr aus rostfreiem Stahl, das in einem dickwandigen Stahlrohr angeordnet ist, wurden vorbereitet und in spezieller Weise mit 100% Methanol betrieben. Der Zustand nach einer Betriebsdauer von 1200 Stunden wurde untersucht.

Als Resultat wurden bei der Leitung gemäß dem Stand der Technik ein Leck aufgrund von Erosion und Rost an der Verbindungsfläche festgestellt. Bei keiner der Beispielproben der vorliegenden Erfindung wurden andererseits Leckagen wegen Erosion oder wegen Rost beobachtet.

Selbst dann, wenn die Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um einen Kraftstoff unter hohem Druck einzuspritzen, der einen niedrigen Siedepunkt hat und Erosion verursacht, wie beispielsweise alkoholhaltiger Kraftstoff, kann diese Erosion nicht nur auf dem Innenumfang der Einspritzleitung verhindert werden, sondern auch auf einer Fläche 2′, die dazu vorgesehen ist, auf einem entsprechend geformten Sitz angeordnet zu werden. Darüber hinaus kann die zu montierende Fläche von Beschädigungen oder Deformationen verschont selbst dann bleiben, wenn sie mit Gewalt angezogen wird. Gleichzeitig braucht die Einspritzleitung an ihrem äußeren Umfang keiner rostverhindernden Behandlung oder einem Beschichtungsvorgang unterzogen zu werden. Selbst dann, wenn Methanol als Kraftstoff verwendet wird, ist die Befestigungsfläche 2′ frei von jeglicher chemischer Korrosion und die Verbindung kann gefestigt werden und gesichert werden, um die Dauerfestigkeit bei Schwingungen und gegen Ermüdung zu verbessern. Demgemäß kann die Kraftstoffeinspritzleitung der Erfindung für lange Zeit verwendet werden.

Claims

1. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung der doppelwandigen Art, mit: einem dickwandigen Außenrohr; und einem aus Metall gefertigtem Innenrohr, das in dem Außenrohr angeordnet ist, um eine doppelwandige Leitung zu bilden, die an ihrem Endbereich mit einem Verbindungsanschluß ausgeformt ist, der eine zum Anlegen an einen Sitz eines passenden Partnerbauteils vorgesehene Anschlußfläche aufweist, wobei die Verbesserung darin besteht, daß das Außenrohr aus rostfreiem Stahl oder Titan gefertigt ist; daß das Innenrohr aus einem dünnen Metall mit einer hohen Korrosionswiderstandsfähigkeit und einer hohen Festigkeit gefertigt ist und daß es über seine gesamte Länge doppelwandig am inneren Umfang des Außenrohrs angelegt ist.

2. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung nach Anspruch 1, bei dem das Metallinnenrohr aus einem metallischen Material gefertigt ist, das aus der aus folgenden Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt ist: rostfreier Stahl, auf Nickel basierende Legierungen, Titan und Titanlegierungen.

3. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung nach Anspruch 1, bei der der Verbindungsanschluß eine kegelstumpfförmige, eine gebogene oder eine diamantförmige Form aufweist.

4. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung nach Anspruch 1, bei der eine eine einstückig ausgebildete Beilagscheibe aufweisende Hülse am Hals des Verbindungsanschlusses angeordnet ist.

5. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung nach Anspruch 2, bei der die genannte Titanlegierung aus der aus folgenden Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt ist: 6A1AV, 6A16V2Sn, 6A12Sn4Zr2Mo und 8A11Mo1V.

6. Hochdruckkraftstoffeinspritzleitung nach Anspruch 2, wobei die genannte auf Nickel basierende Legierung aus der aus folgenden Elementen bestehenden Gruppe ausgewählt ist: Inconel, Incoloy und Hastelloy.