EP1144854B1 - Kraftstoffhochdruckspeicher - Google Patents

Kraftstoffhochdruckspeicher Download PDF

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EP1144854B1
EP1144854B1 EP00979440A EP00979440A EP1144854B1 EP 1144854 B1 EP1144854 B1 EP 1144854B1 EP 00979440 A EP00979440 A EP 00979440A EP 00979440 A EP00979440 A EP 00979440A EP 1144854 B1 EP1144854 B1 EP 1144854B1
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EP
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tubular body
basic
weakening
connection apertures
cross
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Helmut Knoedl
Stefan Haug
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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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
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a high-pressure fuel storage for a Common rail fuel injection system of an internal combustion engine, with a tubular base body, which is a substantially circular cylindrical, relative to the longitudinal axis of the tubular Base body, centrally arranged interior having, with several connection openings communicates, wherein the cross section the tubular body in the section areas in which the Connection openings are arranged, weakened.
  • a high-pressure pump delivers possibly with the aid of a prefeed pump, the Fuel to be injected from a tank in the central High-pressure fuel storage, which is referred to as common rail. From lead the rail fuel lines to the individual injectors, the associated with the cylinders of the internal combustion engine.
  • the injectors depending on the operating parameters of the Internal combustion engine individually controlled by the engine electronics to To inject fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. Due to the high-pressure fuel storage are the pressure generation and the Injection decoupled from each other.
  • a conventional high pressure fuel storage is e.g. in DE 195 48 610 A described.
  • the known High-pressure fuel storage can withstand pressures of up to about 1100 bar.
  • EPC is a common rail known in which the interior the common rail in the region of the connection openings formed flat is.
  • the object of the invention is the high pressure resistance of the known Fuel high pressure accumulator with simple measures to increase.
  • the object is in a high-pressure fuel storage for a common rail fuel injection system an internal combustion engine after the Preamble of claim 1 solved by the Cross - sectional weakening under pressure loading an ovalization of the Basic body is achieved.
  • the present invention has It turned out that in the field of intersections between the Connection openings and the tubular body under internal pressure critical tensile stresses occur. Through the targeted weakening of the tubular body is the high pressure resistance of the increased fuel high pressure accumulator according to the invention.
  • connection openings are substantially tangential open into the interior of the body, and that in the area of Connection openings each a weakening of the tubular Basic body is provided.
  • High-pressure fuel accumulator expands the interior of the tubular Base body under the prevailing high pressure.
  • By the targeted weakening of the tubular body deforms in the unloaded state circular cross section of the interior to one Ellipse, which is also referred to as ovalization of the diameter. This is a main peak the ellipse in the area of the respective connection opening arranged.
  • This will be in the area of the intersection between the tubular body and the Connection opening a compressive stress in the circumferential direction of the induced tubular body. This compressive stress compensates part of the critical tension. Thereby is the stress in the high - risk areas of the Reduced intersections.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized in that, viewed in cross section, in each case one more opposite the connection openings Weakening of the tubular body is provided. This will cause the previously described effect of ovalization the interior of the tubular body still strengthened. This leads to a further increase in the High pressure resistance of the invention Fuel high-pressure accumulator.
  • connection openings in Essentially radially in the interior of the body open, and that, viewed in cross-section, opposite the Connection openings each a weakening of the tubular Basic body is provided. This will be the advance described effect of the ovalization of the interior of the tubular body even at a radial arranged connection opening achieved.
  • Another particular embodiment of the invention is characterized in that the weakening of the tubular body of a bevel, a Undercut or a key surface is formed.
  • These Types of cross-sectional weakening have the advantage that they can be easily made. This can also be done in conventional high-pressure fuel storage under Internal pressure occurring high voltages in the intersection area be reduced.
  • the illustrated in Figure 1 first embodiment of a High-pressure fuel storage according to the invention comprises a tubular body 1.
  • the tubular body 1 has the Shape of a hollow circular cylinder.
  • Inside the tubular Base 1 is a longitudinal bore 2 recessed.
  • the longitudinal bore 2 is concentrically arranged in the tubular body 1 and forms the storage volume of the invention Fuel high-pressure accumulator.
  • connection bore 3 extends transversely to the longitudinal axis of the tubular Base body and opens tangentially into the longitudinal bore 2.
  • the Bore intersection between the connection hole 3 and the Longitudinal bore 2 is indicated at 4.
  • connection bore 3 In the area of the connection bore 3 is in the outer Lateral surface of the tubular base body 1 a Recess 5 provided.
  • the recess 5 is in Cross-section circular arc-shaped and extends in the longitudinal direction of the tubular base body 1 only in the Area of the connection bore 3. Opposite the recess 5 is indicated at 6 a flattening.
  • a high-pressure fuel storage according to the invention comprises a tubular base body 11.
  • a longitudinal bore 12th spared In the tubular body 11 is a longitudinal bore 12th spared.
  • a connection bore 13 opens radially into the Longitudinal bore 12. The bore intersection between the Connecting bore 13 and the longitudinal bore 12 is at 14 indicated.
  • the invention can not only High-pressure fuel storage, but also on injectors and pump-nozzle body can be arranged.
  • the weakenings 5, 6; 16 of the tubular body are according to the present invention on the outer Formed lateral surface of the tubular body.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Grundkörper, der einen im Wesentlichen kreiszylinderförmigen, bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers, zentrisch angeordneten Innenraum aufweist, der mit mehreren Anschlussöffnungen in Verbindung steht, wobei der Querschnitt des rohrförmigen Grundkörpers in den Abschnittsbereichen, in denen die Anschlussöffnungen angeordnet sind, geschwächt ausgebildet ist.
In Common-Rail-Einspritzsystemen fördert eine Hochdruckpumpe, eventuell unter Zuhilfenahme einer Vorförderpumpe, den einzuspritzenden Kraftstoff aus einem Tank in den zentralen Kraftstoffhochdruckspeicher, der als Common-Rail bezeichnet wird. Von dem Rail führen Kraftstoffleitungen zu den einzelnen Injektoren, die den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeordnet sind. Die Injektoren werden in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einzeln von der Motorelektronik angesteuert, um Kraftstoff in den Brennraum der Brennkraftmaschine einzuspritzen. Durch den Kraftstoffhochdruckspeicher sind die Druckerzeugung und die Einspritzung voneinander entkoppelt.
Ein herkömmlicher Kraftstoffhochdruckspeicher ist z.B. in der DE 195 48 610 A beschrieben. Der bekannte Kraftstoffhochdruckspeicher hält Drücke von bis zu etwa 1100 Bar aus.
Aus der nachveröffentlichten WO 01/29405 A1 (Stand der Technik nach Artikel 54 (3) EPÜ ist ein Common-Rail bekannt, bei dem der Innenraum des Common-Rails im Bereich der Anschlussöffnungen eben ausgebildet ist.
Aus der DE 198 08 808 A1 ist ein Common-Rail bekannt, bei dem der Innenraum des Common-Rails im Bereich der Anschlussöffnungen jeweils eine Vertiefung aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Hochdruckfestigkeit des bekannten Kraftstoffhochdruckspeichers mit einfachen Maßnahmen zu erhöhen.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass durch die Querschnittsschwächung unter Druckbelastung eine Ovalisierung des Grundkörpers erreicht wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat sich herausgestellt, dass im Bereich der Verschneidungen zwischen den Anschlussöffnungen und dem rohrförmigen Grundkörper unter Innendruck kritische Zugspannungen auftreten. Durch die gezielte Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers wird die Hochdruckfestigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers erhöht.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnungen im Wesentlichen tangential in den Innenraum des Grundkörpers münden, und dass im Bereich der Anschlussöffnungen jeweils eine Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers vorgesehen ist. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers dehnt sich der Innenraum des rohrförmigen Grundkörpers unter dem dort herrschenden Hochdruck aus. Durch die gezielte Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers verformt sich der im unbelasteten Zustand kreisrunde Querschnitt des Innenraums zu einer Ellipse, was auch als Ovalisierung des Durchmessers bezeichnet wird. Dabei ist ein Hauptscheitel der Ellipse im Bereich der jeweiligen Anschlussöffnung angeordnet. Dadurch wird im Bereich der Verschneidung zwischen dem rohrförmigen Grundkörper und der Anschlussöffnung eine Druckspannung in Umfangsrichtung des rohrförmigen Grundkörpers induziert. Diese Druckspannung kompensiert einen Teil der kritischen Zugspannung. Dadurch wird die Beanspruchung in den hochgefährdeten Bereichen der Verschneidungen reduziert.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass, im Querschnitt betrachtet, gegenüber den Anschlussöffnungen jeweils eine weitere Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers vorgesehen ist. Dadurch wird der vorab beschriebene Effekt der Ovalisierung des Innenraums des rohrförmigen Grundkörpers noch verstärkt. Das führt zu einer weiteren Erhöhung der Hochdruckfestigkeit des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnungen im Wesentlichen radial in den Innenraum des Grundkörpers münden, und dass, im Querschnitt betrachtet, gegenüber den Anschlussöffnungen jeweils eine Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers vorgesehen ist. Dadurch wird der vorab beschriebene Effekt der Ovalisierung des Innenraums des rohrförmigen Grundkörpers auch bei einer radial angeordneten Anschlussöffnung erzielt.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächung des rohrförmigen Grundkörpers von einem Anschliff, einem Freistich oder einer Schlüsselfläche gebildet wird. Diese Arten der Querschnittsschwächung haben den Vorteil, dass sie einfach hergestellt werden können. Dadurch können auch bei herkömmlichen Kraftstoffhochdruckspeichern die unter Innendruck auftretenden hohen Spannungen im Verschneidungsbereich abgebaut werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1
ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt mit einer tangentialen Anschlussbohrung und
Figur 2
ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer radial Anschlussbohrung.
Das in Figur 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers umfasst einen rohrförmigen Grundkörper 1. Der rohrförmige Grundkörper 1 hat die Gestalt eines hohlen Kreiszylinders. Im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 1 ist eine Längsbohrung 2 ausgespart. Die Längsbohrung 2 ist konzentrisch in dem rohrförmigen Grundkörper 1 angeordnet und bildet das Speichervolumen des erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers.
Eine Anschlussbohrung 3 verläuft quer zur Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers und mündet tangential in die Längsbohrung 2. Die Bohrungsverschneidung zwischen der Anschlussbohrung 3 und der Längsbohrung 2 ist bei 4 angedeutet.
Im Bereich der Anschlussbohrung 3 ist in der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Grundkörpers 1 eine Ausnehmung 5 vorgesehen. Die Ausnehmung 5 ist im Querschnitt kreisbogenförmig ausgebildet und erstreckt sich in Längsrichtung des rohrförmigen Grundkörpers 1 nur in dem Bereich der Anschlussbohrung 3. Gegenüber der Ausnehmung 5 ist bei 6 eine Abflachung angedeutet.
Durch eine Vielzahl von Pfeilen in radialer Richtung am Umfang der Längsbohrung 2 ist der im Betrieb im Inneren des rohrförmigen Grundkörpers 1 herrschende Hochdruck dargestellt. Die Verformung des rohrförmigen Grundkörpers 1 unter Hochdruck ist durch eine gestrichelt dargestellte Ellipse 7 angedeutet. In Folge der Querschnittsschwächungen an den Stellen 5 und 6 treten an der kritischen Stelle 8 zusätzliche Druckspannungen in Umfangsrichtung auf.
Das in Figur 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffhochdruckspeichers umfasst einen rohrförmigen Grundkörper 11. In dem rohrförmigen Grundkörper 11 ist eine Längsbohrung 12 ausgespart. Eine Anschlussbohrung 13 mündet radial in die Längsbohrung 12. Die Bohrungsverschneidung zwischen der Anschlussbohrung 13 und der Längsbohrung 12 ist bei 14 angedeutet.
Der im Betrieb auftretende Innendruck ist durch eine Vielzahl von Pfeilen in radialer Richtung am Umfang der Längsbohrung 2 dargestellt. Durch eine gegenüber der Anschlussbohrung 13 angeordnete Abflachung 16 verformt sich der rohrförmige Grundkörper 11 in Form einer gestrichelt dargestellten Ellipse 17. Dadurch wird die kritische Stelle 18 im Bereich der Bohrungsverschneidung 14 entlastet.
Durch die erfindungsgemäße Lösung werden die hohen Spannungen im Bereich der Bohrungsverschneidungen reduziert. Durch die Querschnittsschwächungen wird unter Belastung eine Ovalisierung des Durchmessers erreicht. Dadurch werden im Bereich der Verschneidungen Druckspannungen in Umfangsrichtung induziert und die kritischen Zugspannungen zu einem Teil kompensiert. Somit wird die Beanspruchung in den Bohrungsverschneidungen reduziert.
Die Erfindung kann nicht nur auf Kraftstoffhochdruckspeicher, sondern auch auf Injektoren und Pumpen-Düse-Körper angeordnet werden.
Die Schwächungen 5, 6; 16 des rohrförmigen Grundkörpers sind gemäß der vorliegenden Erfindung an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Grundkörpers ausgebildet.

Claims (5)

  1. Kraftstoffhochdruckspeicher für ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem einer Brennkraftmaschine, mit einem rohrförmigen Grundkörper (1; 11), der einen im Wesentlichen kreiszylinderförmigen, bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Grundkörpers, zentrisch angeordneten Innenraum (2; 12) aufweist, der mit mehreren Anschlussöffnungen (3; 13) in Verbindung steht, wobei der Querschnitt des rohrförmigen Grundkörpers (1; 11) in den Abschnittsbereichen, in denen die Anschlussöffnungen (3; 13) angeordnet sind, geschwächt ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Querschnittsschwächung unter Druckbelastung eine Ovalisierung des Grundkörpers (1, 11) erreicht wird.
  2. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnungen (3) im Wesentlichen tangential in den Innenraum des Grundkörpers (1) münden, und dass im Bereich der Anschlussöffnungen (3) jeweils eine Schwächung (5) des rohrförmigen Grundkörpers (1) vorgesehen ist.
  3. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, im Querschnitt betrachtet, gegenüber den Anschlussöffnungen (3) jeweils eine weitere Schwächung (6) des rohrförmigen Grundkörpers (1) vorgesehen ist.
  4. Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussöffnungen (13) im Wesentlichen radial in den Innenraum des Grundkörpers (11) münden, und dass, im Querschnitt betrachtet, gegenüber den Anschlussöffnungen (13) jeweils eine Schwächung (16) des rohrförmigen Grundkörpers (11) vorgesehen ist.
  5. Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwächung (5, 6; 16) des rohrförmigen Grundkörpers (1; 11) von einem Anschliff, einem Freistich oder einer Schlüsselfläche gebildet wird.
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