EP1611343B1

EP1611343B1 - Kraftstoffhochdruckspeicher

Info

Publication number: EP1611343B1
Application number: EP04714773A
Authority: EP
Inventors: Uwe Nigrin; Mohsen Pirouz; Stefan Portner; Ngoc-Tam Vu; Johann Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-02-26
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2024-02-26
Also published as: JP2006509963A; US7040289B2; US20050011495A1; JP4200163B2; WO2004079182A1; CN100416088C; CN1697922A; EP1611343A1; US7182069B2; DE10309311B4; US20050247291A1; DE10309311A1; DE502004005960D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffhochdruckspeicher insbesondere für Common-Rail Einspritzsysteme sowie eine Kraftstoffpumpe mit einem solchen Kraftstoffhochdruckspeicher.
Aus der EP 0 866 221 A1 ist ein Kraftstoffhochdruckspeicher bekannt, der im wesentlichen aus einem gezogenen oder gewalzten Rohr besteht. Am Umfang des Kraftstoffverteilers sind radial angeordnete Anschlussnippel angeschweißt oder gelötet. Die stirnseitigen offenen Enden des Rohres sind jeweils mit einem Verschlusselement verschlossen. Um bei den hohen Systemdrücken von bis zu 1800 bar eine sichere Abdichtung zu gewährleisten sind spezielle Ausführungen des Verschlusselements erforderlich. Hierzu schlägt die EP 0 866 221 A1 vor, das Verschlusselement mit einer zusätzlichen Dichtkugel zu versehen. Durch Anziehen des Gewindestopfens wird die Dichtkugel in den Dichtsitz des Kraftstoffhochdruckspeicher gepresst. Die Dichtkugel weist dabei eine größere Härte als der Dichtsitz auf, wodurch sich dieser verformt und einen dichten Sitz gewährleistet. Aufgrund von Druckschwankungen innerhalb des Druckspeichers sowie durch Setzerscheinungen des Gewindes kann es trotzdem zu Undichtigkeiten am Kraftstoffhochdruckspeicher kommen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kraftstoffhochdruckspeicher zu schaffen, der bei einfacher und kostengünstiger Herstellung eine sichere Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Druckraum als Sacklochbohrung oder als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und mit einem Zuganker bzw. einer Zuganker-Mutterverbindung verschlossen ist.
Der Zuganker wird mit einem hohen Anzugsmoment verschraubt. Hierdurch wirkt im Zuganker eine Zugspannung, die auch bei Druckschwankungen stets eine sichere Abdichtung des Druckraums gewährleistet.
Durch die Verwendung von Zugankern mit unterschiedlichem Durchmesser lässt sich das Druckraumvolumen an die jeweiligen Erfordernisse anpassen. Somit ist es nicht mehr notwendig, für jede Motorvariante einen Kraftstoffhochdruckspeicher mit entsprechendem Druckraumvolumen herzustellen. Hierdurch verringern sich die Herstellungskosten des Kraftstoffhochdruckspeichers erheblich.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftstoffhochdruckspeichers wird zum Anpassen des Druckraumvolumens ein Bauteil, auf oder um den Zuganker herum, angeordnet. Hierdurch kann sowohl der Druckspeicher selbst, als auch der Zuganker, für jede Motorvariante gleich ausgeführt sein und es ist jeweils nur ein zusätzliches Bauteil erforderlich. An dieses Bauteil sind keine besonderen Anforderungen hinsichtlich seiner Festigkeit zu beachten, so dass es besonders kostengünstig hergestellt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Zuganker an seinem Kopf einen Dichtkonus auf, der im montierten Zustand an einem, in einer ersten stirnseitigen Öffnung im Gehäuse, komplementär ausgebildeten Dichtkonus, anliegt. Hierdurch ergibt sich auf einfache Weise eine metallische Abdichtung zwischen dem Zuganker und der stirnseitigen Öffnung im Gehäuse.
Bei Verwendung einer Zuganker-Mutterverbindung weist die Spannmutter ebenfalls einen Dichtkonus auf, der im montierten Zustand an einem, in einer zweiten stirnseitigen Öffnung im Gehäuse, komplementär ausgebildeten Dichtkonus, anliegt. Somit wird auch hier eine sichere und einfache Abdichtung zwischen der Spannmutter und der stirnseitigen Öffnung im Gehäuse gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Gehäuse und dem Zuganker, beziehungsweise zwischen dem Gehäuse und der Spannmutter, eine zusätzliche Dichtung angeordnet. Hierdurch wird verhindert, dass ein eventuell über die Metalldichtung austretender Leckagestrom aus dem Kraftstoffhochdruckspeicher austreten kann. Als zusätzliche Dichtung eignet sich vorzugsweise eine Elastomerdichtung, beispielsweise in Form einer einfachen O-Ringdichtung.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Kraftstoffhochdruckspeicher in das Gehäuse einer Kraftstoffpumpe integriert. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Bauform. Die Pumpe muss hierzu nicht, oder nur geringfügig verändert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

Figur 1: ein Ausführungsbeispiel des Kraftstoffhochdruckspeichers in Schnittdarstellung im montierten Zustand,
Figur 2: eine weitere Schnittdarstellung des in Figur 1 gezeigten Kraftstoffhochdruckspeichers im unmontierten Zustand,
Figur 3: ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kraftstoffhochdruckspeichers in Schnittdarstellung im montierten Zustand,
Figur 4: eine Kraftstoffhochdruckpumpe mit einem in das Pumpengehäuse integriertem Kraftstoffhochdruckspeicher entsprechend Figur 1,
Figur 5: eine Detailansicht der in Figur 4 gezeigten Kraftstoffhochdruckpumpe.

Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Kraftstoffhochdruckspeichers 1. Der Kraftstoffhochdruckspeicher 1 besteht im wesentlichen aus dem Gehäuse 2 mit einem Druckraum 3. Der Druckraum 3 ist als Durchgangsbohrung ausgebildet. Der Druckraum 3 besitzt einen Zulauf 4 sowie vier Abläufe 5 (zwei davon in der Schnittdarstellung sichtbar). Der Zulauf 4 sowie die Abläufe 5 münden radial in den Druckraum 3. Die stirnseitigen Öffnungen des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 sind mit einer Zuganker-Mutterverbindung 6, 7 verschlossen. Hierzu wird der Zuganker 6, im wesentlichen axial, durch den Druckraum 3 hindurch gesteckt und auf der gegenüberliegenden Seite mit einer Mutter 7 verschraubt. Durch das Verschrauben der Zuganker-Mutterverbindung 6, 7 werden Zugspannungen in den Zuganker 6 eingebracht, die für eine sichere Abdichtung des Druckraums 3 sorgen. Der Zuganker 6 weist an seinem Kopf einen Dichtkonus 8 auf, der im montierten Zustand an einen im Gehäuse des Kraftstoffhochdruckspeichers 2 komplementär ausgebildeten Dichtkonus 9 anliegt. Die Mutter 7 weist ebenfalls einen Dichtkonus 10 auf, der im montierten Zustand an einem weiteren im Gehäuse des Kraftstoffspeichers 2 komplementär ausgebildeten Dichtkonus 11 anliegt. Durch das Verspannen des Zugankers mit der Mutter 7 werden die Dichtkonen 8 und 9 sowie die Dichtkonen 10 und 11 jeweils fest aufeinander gepresst, wodurch sich eine sichere metallische Abdichtung des Druckraums 3 ergibt. Zusätzlich weist der Zuganker 6 sowie die Mutter 7 jeweils eine Ringnut zur Aufnahme einer zusätzlichen Dichtung 12, 13 auf. Als zusätzliche Dichtung kann beispielsweise ein O-Ring verwendet werden. Durch die zusätzlichen Dichtungen 12, 13 wird vermieden, dass ein eventuell über die metallischen Dichtung austretende Leckagestrom aus dem Druckraum 3 austreten kann.
Die Mutter 7 weist eine axiale Druckbohrung sowie eine Aufnahme 14 für einen Hochdrucksensor auf. Die Druckbohrung ist über eine zusätzliche Bohrung in der Mutter oder über eine Abflachung im Gewinde der Mutter mit dem Druckraum verbunden.
Durch Verwendung von Zugankern mit unterschiedlichen Durchmessern lässt sich der ringförmige Druckraum 3 d.h. das Druckraumvolumen des Kraftstoffhochdruckspeichers variieren und an die jeweiligen Anforderungen anpassen. Somit muss nicht für jede Motorvariante ein spezieller Hochdruckspeicher hergestellt werden, sondern lediglich ein Zuganker mit einem entsprechenden Durchmesser verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich um den Zuganker herum ein Bauteil anzuordnen, durch dessen Größe das Speichervolumen des Druckraums 3 einstellbar ist. Als Bauteil eignet sich hierzu beispielsweise eine einfache Hülse. An die Hülse werden dabei keine besonderen Anforderungen hinsichtlich ihrer Festigkeit gestellt, da sie lediglich das Druckraumvolumen festlegt, jedoch keine Zugspannungen aufnehmen muss. Die Verwendung einer Hülse hat den zusätzlich Vorteil, das für alle gewünschten Druckraumvolumina sowohl das gleiche Gehäuse als auch der gleiche Zuganker verwendet werden kann. Hierdurch ergibt sich eine sehr kostengünstige Herstellung des Kraftstoffhochdruckspeichers bei gleichzeitig hoher Flexibilität des Systems.
Figur 2 zeigt einen weiteren Schnitt durch den Kraftstoffhochdruckspeicher 1 in einer anderen Schnittebene. Der Kraftstoffhochdruckspeicher ist dabei in unmontiertem Zustand dargestellt. Im Bereich der Dichtkonen 9, 11 sind zwei Entlastungsbohrungen 15 vorgesehen. Über die Entlastungsbohrungen 15 kann ein eventuell auftretender Leckagestrom abgeführt werden. Die Entlastungsbohrungen sind an den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems angeschlossen bzw. führt direkt in den Kraftstofftank. Hierdurch kann es nicht zu einem Druckanstieg vor den zusätzlichen Dichtungen 12, 13 (siehe Fig. 1) und damit zu einer Beschädigung dieser Dichtungen kommen.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Kraftstoffhochdruckspeichers 1. Das Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Kraftstoffhochdruckspeicher nach Figur 1. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel wird der Zuganker jedoch nicht mit einer Mutter verspannt, sondern direkt mit dem Gehäuse 2 des Kraftstoffhochdruckspeichers verschraubt. Ansonsten entspricht das Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 und 2, auf dessen Beschreibung hier verwiesen wird.
Figur 4 zeigt eine Kraftstoffhochdruckpumpe 18, bei der der erfindungsgemäße Kraftstoffhochdruckspeicher 1 direkt in das Gehäuse 19 der Kraftstoffpumpe integriert ist. Hierzu kann das Pumpengehäuse 19 im wesentlichen unverändert bleiben, da durch die Auslegung des Pumpengehäuses 19 als hochdruckfestes Bauteil an bestimmten Stellen des Pumpengehäuses genügend Materialreserven vorhanden sind, um den Kraftstoffhochdruckspeicher 1 zu integrieren. Am Kraftstoffhochdruckspeicher 1 sind Kraftstoffhochdruckausgänge 17 ausgebildet, die jeweils mit den einzelnen Injektoren der Brennkraftmaschine verbunden sind. Durch die Integration des Kraftstoffhochdruckspeichers 1 in die Kraftstoffpumpe 18 ergibt sich eine sehr kompakte Bauform des Kraftstoffeirispritzsystems. Zusätzlich entfällt die kostenintensive Herstellung eines zusätzlichen Kraftstoffhochdruckspeichers. Zum einfachen Anbringen der Kraftstoffhochdruckausgänge an den Kraftstoffhochdruckspeicher ist ein Anschlussplateau 16 am Gehäuse des Kraftstoffhochdruckspeichers vorgesehen.
Figur 5 zeigt eine Detailansicht der Kraftstoffpumpe nach Figur 4. Zwischen dem Druckraum 3 und der Bohrung zur Aufnahme der Pumpenwelle 21 besteht eine Verbindungsbohrung 20. In der Verbindungsbohrung 20 ist ein Druckbegrenzungsventil 22 angeordnet. Beim Überschreiten eines bestimmten Öffnungsdruckes des Druckbegrenzungsventils kann der Kraftstoff, über das Druckbegrenzungsventil, aus dem Druckraum 3 abfließen. Über eine Kraftstoffrücklaufleitung 23, die in der Bohrung zur Aufnahme der Pumpenwelle 21 eingebracht ist, kann der Kraftstoff weiter in den Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems zurückfließen. Das Druckbegrenzungsventil 22 kann als einfaches mechanisches Druckbegrenzungsventil ausgebildet sein. Auf den Einsatz eines zusätzlichen Druckregelventils an der Hochdruckpumpe oder am Druckspeicher wie es üblicherweise in Einspritzsystemen verwendet wird, kann verzichtet werden. Hierdurch ergeben sich deutliche Kosteneinsparungen und Vereinfachungen des gesamten Systems.
Die Erfindung betrifft somit einen Kraftstoffhochdruckspeicher, dessen stirnseitige Öffnungen durch einen Zuganker bzw. eine Zuganker-Mutterverbindung sicher und kostengünstig verschlossen wird. Durch Variation des Zugankerdurchmessers bzw. durch Verwendung eines zusätzlichen Bauteils, welches um den Zuganker herum angeordnet ist, kann das Druckraumvolumen auf sehr einfache und kostengünstige Weise an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden ohne dass zusätzliche Veränderungen am Kraftstoffhochdruckspeicher selbst notwendig sind. Durch die Integration des Kraftstoffhochdruckspeichers in den vorhandenen Bauraum einer Kraftstoffpumpe ergibt sich eine sehr kompakte Bauform. Durch die zusätzliche Integration eines Druckbegrenzungsventils kann auf die Verwendung eines sonst notwendigen Druckregelventils an der Kraftstoffhochdruckpumpe oder dem Hochdruckspeicher verzichtet werden. Insgesamt ergibt sich somit ein sehr kompaktes Kraftstoffeinspritzsystem, welches sehr variabel an die jeweiligen Anforderungen anzupassen ist und das bei kostengünstiger Herstellung eine sichere Abdichtung des Kraftstoffhochdruckspeichers gewährleistet.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen beschränkt. Insbesondere ist es möglich, den Kraftstoffhochdruckspeicher, welcher in der Kraftstoffpumpe integriert ist, lediglich als Verteiler-Rail zu verwenden und zusätzlich noch weitere Kraftstoffhochdruckspeicher zu verwenden.

Claims

Kraftstoffhochdruckspeicher (1), insbesondere für ein Common-Rail Einspritzsystem, mit einem Gehäuse (2), in dem ein Druckraum (3) eingebracht ist und der wenigstens einen Zulauf (4) und wenigstens einen Ablauf (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckraum (3) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und die Durchgangsbohrung mit einer Zuganker-Mutter Verbindung (6) (7) verschlossen ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher (1), insbesondere für ein Common-Rail Einspritzsystem, mit einem Gehäuse (2), in dem ein Druckraum (3) eingebracht ist und der wenigstens einen Zulauf (4) und wenigsten einen Ablauf (5) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Druckraum (3) als Sacklochbohrung ausgebildet ist und die Sacklochbohrung mit einem Zuganker (6) verschlossen ist, welcher mit dem Gehäuse (2) verschraubt ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf oder um den Zuganker (6) herum ein Bauteil angeordnet ist, durch dessen Größe das Speichervolumen des Druckraums (3) einstellbar ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Zuganker (6) ein Dichtkonus (8) ausgebildet ist, der im montierten Zustand an einem im Gehäuse (2) komplementär ausgebildeten Dichtkonus (9) anliegt.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Spannmutter (7) ein Dichtkonus (10) ausgebildet ist, der im montierten Zustand an einem im Gehäuse (2) komplementär ausgebildeten Dichtkonus (11) anliegt.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Gehäuse (2) und dem Zuganker (6) eine zusätzliche Dichtung (12) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 1, 3, 4 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen dem Gehäuse (2) und der Spannmutter (7) eine zusätzliche Dichtung (13) angeordnet ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zusätzliche Dichtung (12) (13) eine Elastomerdichtung ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannmutter (7) oder das Gehäuse (2) eine Druckbohrung und eine mit der Druckbohrung verbundene Aufnahme (14) für einen Hochdrucksensor (24) aufweist.
Kraftstoffhochspeicher nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckbohrung über eine zusätzliche Bohrung in der Spannmutter oder im Gehäuse mit dem Druckraum (3) verbunden ist.
Kraftstoffhochspeicher nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Druckbohrung über eine Abflachung im Gewinde der Spannmutter (7) oder eine Abflachung im Gewinde des Zuganker (6) mit dem Druckraum (3) verbunden ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dassim Bereich der Konusdichtflächen eine Entlastungsbohrung (15) ausgebildet ist, über die ein möglicher Leckagestrom abfließen kann.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Entlastungsbohrung (15) mit dem Niederdruckbereich des Einspritzsystems verbunden ist.
Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Hochdruckspeicher (1) ein Anschlussplateau (16) ausgebildet ist, in das ein oder mehrere Hochdruckanschlüsse (5) eingebracht sind.
Kraftstoffpumpe mit einem Kraftstoffhochdruckspeicher nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (19) der Kraftstoffpumpe (18) gleichzeitig das Gehäuse des Kraftstoffhochdruckspeichers ist.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Verbindungsbohrung (20) zwischen dem Druckraum (3) des Kraftstoffhochdruckspeichers und einer Bohrung (21) zur Aufnahme der Pumpenwelle ausgebildet ist, in die das Druckbegrenzungsventil (22) eingesetzt ist und über die der Kraftstoff beim Überschreiten eines Öffnungsdrucks des Druckbegrenzungsventils aus dem Druckraum abfließen kann.
Kraftstoffpumpe nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Bohrung (21) zur Aufnahme der Pumpenwelle eine Kraftstoffrücklaufleitung (23) ausgebildet ist, über die der Kraftstoff in den Niederdruckbereich des Einspritzsystems zurückfließen kann.