EP1126161B1 - Einspritzanlage - Google Patents

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EP1126161B1
EP1126161B1 EP01103365A EP01103365A EP1126161B1 EP 1126161 B1 EP1126161 B1 EP 1126161B1 EP 01103365 A EP01103365 A EP 01103365A EP 01103365 A EP01103365 A EP 01103365A EP 1126161 B1 EP1126161 B1 EP 1126161B1
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EP
European Patent Office
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fuel
injection system
joining
line
injector body
Prior art date
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EP01103365A
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English (en)
French (fr)
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EP1126161A1 (de
Inventor
Uwe Dr. Lingener
Jürgen Rink
Klaus Rübling
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/02—Conduits between injection pumps and injectors, e.g. conduits between pump and common-rail or conduits between common-rail and injectors
    • F02M55/025—Common rails
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M55/00—Fuel-injection apparatus characterised by their fuel conduits or their venting means; Arrangements of conduits between fuel tank and pump F02M37/00
    • F02M55/004—Joints; Sealings
    • F02M55/005—Joints; Sealings for high pressure conduits, e.g. connected to pump outlet or to injector inlet

Definitions

  • the invention relates to an injection system with a fuel storage according to the preamble of patent claim 1.
  • Injection systems with a fuel storage are used for example in modern diesel injection systems.
  • an injection system for an internal combustion engine in which a connecting element is screwed with one end to the injector and with the other end to a connection point of the fuel reservoir.
  • the connecting element is screwed to the injector in a bore with internal thread and attached to the junction of the fuel reservoir with a union nut.
  • Component tolerances can cause material stresses or difficulties during assembly.
  • the object of the invention is to provide a direct connection between a fuel accumulator and a fuel injection valve, can be compensated in the connection tolerances.
  • the object of the invention is to connect a fuel accumulator and a fuel injection valve via a connecting element with each other.
  • the injector body of the fuel injection valve and the fuel storage each comprises a cap element.
  • the two union elements are connected to each other at their radial terminals and comprise the connecting element.
  • the injector body is pressure-tightly connected via the connecting element with the fuel reservoir via only a few connection points, wherein the component tolerances can be compensated for by the connection which can be mounted slightly twisted about a plurality of axes.
  • connections of the coupling elements are connected by a sleeve-shaped nut, which has two opposing internal threads on its end faces.
  • the figure shows an injection system with a direct connection between a fuel accumulator and a fuel injection valve.
  • the preferably cylindrically shaped injector body 7 has laterally an inlet 3, which is connected via a hollow cylindrical connecting element 13 with the fuel reservoir 8.
  • the fuel accumulator 8 is hollow cylindrical and has in its hollow cylindrical recess on a manifold 5, which extends over substantially the entire length of the fuel reservoir 8.
  • Mehrer connecting lines in the figure by way of example represented by the connecting line 6, are introduced radially from the distribution line 5, starting in the jacket of the fuel accumulator 8 and break through its outer wall.
  • the connecting element 13 is hollow-cylindrical, wherein the cylindrical recess represents the connecting line 4, which connects the connecting line 6 with the inlet 3 of the injector body 7.
  • a hollow cylindrical first union element 9 comprises the fuel reservoir 8 parallel to its longitudinal axis at the level of the corresponding connection line 6.
  • a hollow cylindrical first connection 1 closes with its saddle-shaped front end flush with the jacket of the first overflow element 9 and is arranged radially to the longitudinal axis of the first union element 9 ,
  • the cylindrical recesses of the first terminal 1 and the first cap element 9 are connected to each other by an opening in the shell of the first cap element 9.
  • the connecting element 13 is arranged, and in the cylindrical recess of the first union element 9 of the fuel storage 8 is arranged.
  • a hollow cylindrical second union element 10 comprises the injector body 7 parallel to its longitudinal axis at the level of the inlet 3.
  • a hollow cylindrical second connection 2 closes with its saddle-shaped front end flush with the jacket of the second union element 10 and is arranged radially to its longitudinal axis.
  • the cylindrical Ausappelunggen the second terminal 2 and the second cap element 10 are connected by an opening in the shell of the second cap element 10 with each other.
  • the connecting element 13 and in the cylindrical recess of the second union element 10 of the injector body 7 is arranged.
  • the sealing surfaces 11 and 12 opposite ends of the first and second terminals 1,2 are axially associated with each other and each preferably have on its outer wall on a thread.
  • the two threads have a mutually opposite direction of rotation.
  • a sleeve-shaped connecting means, hereinafter called double nut 14, preferably has on its inner wall in each case one of the first and the second port 1,2 associated thread with mutually opposite directions of rotation.
  • the connecting element 13 is thereby axially preloaded to pressure, with its two sealing surfaces 11 and 12 are pressed against their associated mating surfaces to the outer wall of the fuel rail 8 and the injector body 7.
  • the connecting line 6 and the connecting line 4 or the supply line 3 and the connecting line 4 are sealed by the surface pressure on the first and second sealing surface 11, 12.
  • the fuel is compressed by a high-pressure pump to high pressure and distributed via the distribution line 5 to the individual fuel injection valves.
  • the fuel flows via the distributor line 5, the connecting line 6, the connecting line 4, the feed line 3 into the fuel injection valve, in that the fuel is injected via injection holes into the combustion chamber of an internal combustion engine.
  • a fuel filter 15 is preferably arranged, which filters out interfering particles in the fuel.
  • the two sealing surfaces 11,12 are spherical-convex, preferably spherical.
  • the sealing surfaces 11,12 associated mating surfaces of the fuel reservoir 8 and the injector 7 are the sealing surfaces 11,12 formed adapted and formed concave.
  • the two sealing surfaces 11,12 are spherical.
  • the center of the spherical surface of the sealing surface 11 coincides with the center of the spherical surface of the sealing surface 12 on the longitudinal axis of the connecting element 13 in a common center M together (instantaneous pole), so that the sealing effect even with slightly shifted components 7,8,13 because of the constant Form of existing between the components 7,13 and 8,13, sealing contact surface is maintained.
  • the sum of the radii of the spherical surfaces of the two sealing surfaces 11, 12 is thus approximately equal to the length of the connecting element 13.
  • the fuel accumulator 8 and the injector body 7 are connected via the connecting element 13 to form a unit by the first cap element 9 is pushed over the fuel reservoir 8 and the second cap element 10 is pushed over the injector body 7.
  • the connecting element 13 is pushed into the respective connections 1, 2 and the double nut 15 is screwed over its external thread. By screwing the double nut 14, the two ports 1, 2 move axially toward each other and clamp the fuel reservoir 8 and the injector body 7 via the connecting element 13 with each other.
  • the cylindrical recesses of the first union element 9, the second union element 10 and the two ports 1, 2 have enough clearance relative to the outer walls of the fuel reservoir 8, the connecting element 13 and the injector body 7, so that the fuel accumulator 8 and the injector body 7 during assembly axially twisted or offset can be mounted to compensate for component tolerances.
  • Component tolerances which are directed axially to the connecting element 13, are compensated by the elasticity of the fuel reservoir 8 transversely to its longitudinal axis.
  • connection system between the fuel accumulator 8 and the injector body 7 advantageously has a small number of sealing surfaces (two) with simultaneously short connecting line 4 between the fuel accumulator 8 and the injector body 7. Furthermore, the connection system advantageously tolerates component tolerances in several spatial directions.
  • One of the end faces of the fuel accumulator 8 can be connected directly to the pump housing of a high-pressure pump, so that advantageously a compact unit is produced which tolerates component tolerances.
  • the high-pressure pump compresses fuel to high pressure and delivers the fuel via the distributor line 5, the connecting line 6, the connecting line 6 and the inlet 3 to the fuel injection valve, which injects the fuel as needed into the combustion chamber of an internal combustion engine.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Einspritzanlage mit einem Kraftstoffspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Einspritzanlagen mit einem Kraftstoffspeicher (Common Rail) werden beispielsweise in modernen Dieseleinspritzsystemen eingesetzt.
  • Aus DE 197 39 810 Cl ist ein Einspritzsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Verbindungselement mit einem Ende an dem Injektor und mit dem anderen Ende an einer Anschlussstelle des Kraftstoffspeichers verschraubt ist. Dabei ist das Verbindungselement am Injektor in eine Bohrung mit Innengewinde eingeschraubt und an der Anschlussstelle des Kraftstoffspeichers mit einer Überwurfmutter befestigt.
  • Bauteiletoleranzen können dabei Materialspannungen oder Schwierigkeiten bei der Montage verursachen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine direkte Verbindung zwischen einem Kraftstoffspeicher und einem Kraftstoffeinspritzventil zu schaffen, bei der Anschlusstoleranzen ausgeglichen werden können.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
  • Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedanken sind Gegenstand abhängiger Patentansprüche.
  • Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, einen Kraftstoffspeicher und ein Kraftstoffeinspritzventil über ein Verbindungselement miteinander zu verbinden. Dabei wird der Injektorkörper des Kraftstoffeinspritzventils und der Kraftstoffspeicher jeweils von einem Überwurfelement umfasst. Die beiden Überwurfelemente werden an ihren radialen Anschlüssen miteinander verbunden und umfassen das Verbindungselement.
  • Dabei wird der Injektorkörper über das Verbindungselement mit dem Kraftstoffspeicher über nur wenige Verbindungsstellen druckfest verbunden, wobei die Bauelementetoleranzen durch die um mehrere Achsen leicht verdreht montierbare Verbindung ausgeglichen werden können.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind die Anschlüsse der Überwurfelemente von einer hülsenförmigen Mutter verbunden, die an ihren Stirnseiten zwei gegensinnige Innengewinden aufweist.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert.
  • Die Figur zeigt ein Einspritzsystem mit einer direkten Verbindung zwischen einem Kraftstoffspeicher und einem Kraftstoffeinspritzventil.
  • Anhand der schematischen Zeichnung der Figur ist beispielhaft eine Verbindung zwischen einem Kraftstoffspeicher 8 und dem Injektorkörper 7 eines Kraftstoffeinspritzventils dargestellt.
  • Der vorzugsweise zylindrisch ausgebildete Injektorkörper 7 weist seitlich einen Zulauf 3 auf, der über ein hohlzylindrisches Verbindungselement 13 mit dem Kraftstoffspeicher 8 verbunden ist.
  • Der Kraftstoffspeicher 8 ist hohlzylindrisch und weist in seiner hohlzylindrischen Ausnehmung eine Verteilerleitung 5 auf, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Kraftstoffspeichers 8 erstreckt. Mehrer Anschlussleitungen, in der Figur beispielhaft durch die Anschlussleitung 6 dargestellt, sind radial von der Verteilerleitung 5 ausgehend in den Mantel des Kraftstoffspeichers 8 eingebracht und durchbrechen dessen Außenwand. Das Verbindungselement 13 ist hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die zylindrische Ausnehmung die Verbindungsleitung 4 darstellt, die die Anschlussleitung 6 mit dem Zulauf 3 des Injektorkörpers 7 verbindet.
  • Ein hohlzylindrisches erstes Überwurfelement 9 umfasst den Kraftstoffspeicher 8 parallel zu dessen Längsachse in Höhe der entsprechenden Anschlussleitung 6. Ein hohlzylindrischer erster Anschluss 1 schließt mit seinem einem sattelförmig ausgebildeten Stirnende bündig an den Mantel des ersten überwurfelements 9 und ist radial zur Längsachse des ersten Überwurfelements 9 angeordnet. Die zylindrischen Ausnehmungen des ersten Anschlusses 1 und des ersten Überwurfelements 9 sind durch einen Durchbruch im Mantel des ersten Überwurfelements 9 miteinander verbunden.
  • In der zylindrischen Ausnehmung des ersten Anschlusses 1 ist das Verbindungselement 13 angeordnet, und in der zylindrischen Ausnehmung des ersten Überwurfelements 9 ist der Kraftstoffspeicher 8 angeordnet.
  • Ein hohlzylindrisches zweites Überwurfelement 10 umfasst den Injektorkörper 7 parallel zu dessen Längsachse in Höhe des Zulaufs 3. Ein hohlzylindrischer zweiter Anschluss 2 schließt mit seinem einem sattelförmig ausgebildeten Stirnende bündig an den Mantel des zweiten Überwurfelements 10 und ist radial zu dessen Längsachse angeordnet. Die zylindrischen Ausnehmunggen des zweiten Anschlusses 2 und des zweiten Überwurfelements 10 sind durch einen Durchbruch im Mantel des zweiten Überwurfelements 10 miteinander verbunden.
  • In der zylindrischen Ausnehmung des zweiten Anschlusses 2 ist das Verbindungselement 13 und in der zylindrischen Ausnehmung des zweiten Überwurfelements 10 der Injektorkörper 7 angeordnet.
  • Die den Dichtflächen 11 und 12 entgegengesetzten Stirnenden des ersten und des zweiten Anschlusses 1,2 sind axial einander zugeordnet und weisen jeweils vorzugsweise an ihrer Außenwand ein Gewinde auf. Die beiden Gewinde weisen eine zueinander gegensinnige Drehrichtung auf. Ein hülsenförmiges Verbindungsmittel, im Folgenden Doppelmutter 14 genannt, weist vorzugsweise an ihrer Innenwand jeweils ein dem ersten und dem zweiten Anschluss 1,2 zugeordnetes Gewinde mit zueinander gegensinnigen Drehrichtungen auf.
  • Durch Drehen der Doppelmutter 14 bewegen sich die beiden Anschlüsse 1 und 2 und dadurch auch der Kraftstoffverteiler 8 und der Injektorkörper 7 aufeinander zu. Das Verbindungselement 13 wird dadurch axial auf Druck vorbelastet, wobei seine beiden Dichtflächen 11 und 12 gegen die ihnen zugeordneten Gegenflächen an die Außenwand des Kraftstoffverteilers 8 bzw. des Injektorkörpers 7 gepresst werden.
  • Die Anschlussleitung 6 und die Verbindungsleitung 4 bzw. die Zuleitung 3 und die Verbindungsleitung 4 werden durch die Flächenpressung an der ersten und zweiten Dichtfläche 11, 12 abgedichtet.
  • Der Kraftstoff wird von einer Hochdruckpumpe auf Hochdruck komprimiert und über die Verteilerleitung 5 an die einzelnen Kraftstoffeinspritzventile verteilt. Dabei fließt der Kraftstoff über die Verteilerleitung 5, die Anschlussleitung 6, die Verbindungsleitung 4, die Zuleitung 3 in das Kraftstoffeinspritzventil, indem der Kraftstoff über Einspritzlöcher in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird.
  • In der Verbindungsleitung 4 ist vorzugsweise ein Kraftstofffilter 15 angeordnet, das störende Partikel im Kraftstoff ausfiltert.
  • Die beiden Dichtflächen 11,12 sind sphärisch-konvex, vorzugsweise kugelförmig ausgebildet. Die den Dichtflächen 11,12 zugeordneten Gegenflächen des Kraftstoffspeichers 8 beziehungsweise des Injektorkörpers 7 sind den Dichtflächen 11,12 entsprechend angepasst ausgeformt und konkav ausgebildet.
  • Vorzugsweise sind die beiden Dichtflächen 11,12 kugelförmig ausgebildet. Der Mittelpunkt der Kugelfläche der Dichtfläche 11 trifft mit dem Mittelpunkt der Kugelfläche der Dichtfläche 12 auf der Längsachse des Verbindungselements 13 in einem gemeinsamen Mittelpunkt M zusammen (Momentanpol), so dass die Dichtwirkung auch bei leicht zueinander verschobenen Bauteilen 7,8,13 wegen der gleichbleibenden Form der zwischen den Bauteilen 7,13 und 8,13 bestehenden, dichtenden Kontaktfläche erhalten bleibt. Die Summe der Radien der Kugelflächen der beiden Dichtflächen 11,12 ist somit etwa gleich der Länge des Verbindungselements 13.
  • Der Kraftstoffspeicher 8 und der Injektorkörper 7 werden über das Verbindungselement 13 zu einer Einheit verbunden, indem das erste Überwurfelement 9 über den Kraftstoffspeicher 8 geschoben wird und das zweite Überwurfelement 10 über den Injektorkörper 7 geschoben wird. Das Verbindungselement 13 wird in die jeweiligen Anschlüsse 1, 2 geschoben und die Doppelmutter 15 über deren Außengewinde geschraubt. Durch die Verschraubung der Doppelmutter 14 bewegen sich die beiden Anschlüsse 1, 2 axial aufeinander zu und verspannen den Kraftstoffspeicher 8 und den Injektorkörper 7 über das Verbindungselement 13 miteinander.
  • Durch die sphärische, vorzugsweise kugelförmige Ausbildung der beiden Dichtflächen 11,12 können der Kraftstoffspeicher 8 und der Injektorkörper 7 auch leicht um ihre Längsachse verdreht oder axial versetzt montiert werden, wodurch auch bei größeren Bauteiletoleranzen die Dichtigkeit der Dichtflächen 11,12 und die Montagefähigkeit erhalten bleiben.
  • Die zylindrischen Ausnehmungen des ersten Überwurfelements 9, des zweiten Überwurfelements 10 und der beiden Anschlüsse 1,2 weisen relativ zu den Außenwänden des Kraftstoffspeichers 8, des Verbindungselements 13 und den Injektorkörper 7 genug Spiel auf, damit während der Montage der Kraftstoffspeicher 8 und der Injektorkörper 7 axial verdreht oder versetzt montiert werden können, um Bauteiletoleranzen auszugleichen.
  • Bauteiletoleranzen, die axial zum Verbindungselement 13 gerichtet sind, werden durch die Elastizität des Kraftstoffspeichers 8 quer zu dessen Längsachse ausgeglichen.
  • Das Verbindungssystem zwischen dem Kraftstoffspeicher 8 und dem Injektorkörper 7 weist vorteilhaft eine geringe Anzahl von Dichtflächen (zwei) bei gleichzeitig kurzer Verbindungsleitung 4 zwischen dem Kraftstoffspeicher 8 und dem Injektorkörper 7 auf. Weiterhin toleriert das Verbindungssystem vorteilhaft Bauteiletoleranzen in mehrere Raumrichtungen.
  • Eine der Stirnflächen des Kraftstoffspeichers 8 kann direkt mit dem Pumpengehäuse einer Hochdruckpumpe verbunden, so dass eine vorteilhaft eine kompakte Einheit entsteht, die Bauteiletoleranzen toleriert.
  • Die Hochdruckpumpe komprimiert Kraftstoff auf Hochdruck und fördert den Kraftstoff über die Verteilerleitung 5, die Anschlussleitung 6, die Verbindungsleitung 6 und den Zulauf 3 zum Kraftstoffeinspritzventil, das den Kraftstoff bedarfsgerecht in den Brennraum einer Brennkraftmaschine einspritzt.

Claims (9)

  1. Einspritzanlage mit einem Kraftstoffspeicher (8), der eine Verteilerleitung (5) aufweist und der über ein Verbindungselement (13) mit einem Injektorkörper (7) eines Kraftstoffeinspritzventils verbunden ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - der Kraftstoffspeicher (8) von einem ersten Überwurfelement (9) in einem Teil seiner Länge umfasst ist,
    - der Injektorkörper (7) von einem zweiten Überwurfelement (10) in einem Teil seiner Länge umfasst ist,
    - der Kraftstoffspeicher (8) über das Verbindungselement (13) mit dem Injektorkörper (7) durch das erste und das zweite Überwurfelement (9,10) verspannt ist, und
    - das erste Überwurfelement (9) über ein Verbindungsmittel (14) mit dem zweiten Überwurfelement (10) in Wirkverbindung steht.
  2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Verteilerleitung (5) im Kraftstoffspeicher (8) in axialer Richtung angeordnet ist und von ihr eine Anschlussleitung (6) im wesentlichen radial abzweigt, und
    - dass das Verbindungselement (13) eine Verbindungsleitung (4) aufweist, die die Anschlussleitung (6) mit einem Zulauf (3) des Injektorkörpers (7) verbindet.
  3. Einspritzanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder das zweite Überwurfelements (9,10) radial zu seiner jeweiligen Wandung einen ersten beziehungsweise zweiten Anschluss (1,2) mit jeweils einem Gewinde aufweist, wobei die Gewinde jeweils gegensinnig zueinander ausgebildet sind.
  4. Einspritzanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (14) als hülsenförmige Mutter ausgebildet ist, die über die Gewinde der Anschlüsse (1,2) das erste mit dem zweiten Überwurfelement (9) verspannt.
  5. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (1,2) hohlzylindrisch ausgebildet ist und dass das Verbindungselement (13) in einem Teil seiner Länge von dem Anschluss (1,2) umfasst ist.
  6. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des Verbindungselements (13) als Dichtflächen (11,12) ausgebildet sind, die gegen die Wandung des Kraftstoffspeichers (8) im Bereich der Anschlussleitung (6) bzw. die Außenfläche des Injektorkörpers (7) im Bereich des Zulaufs (3) vorgespannt sind, wodurch sich Dichtbereiche (11,12) bilden, die die Verbindungsleitung (4), die Verteilerleitung (5) und den Zulauf (3) abdichten.
  7. Einspritzanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtflächen (11,12) im wesentlichen kugelförmig gekrümmt sind, und dass der Mittelpunkt der Kugelfläche der einen Dichtfläche (11) mit dem Mittelpunkt der Kugelfläche der anderen Dichtfläche (12) auf der Längsachse des Verbindungselements (13) zusammenfällt .
  8. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffspeicher (8) mit seiner Stirnseite direkt an eine Kraftstoffpumpe angeschlossen ist.
  9. Einspritzanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verbindungselement (13) ein Kraftstofffilter (15) angeordnet ist.
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